CAPÍTULO 4 PROBLEMAS AMBIENTALES GLOBALES (JORGE LOAYZA)

CONTAMINACIÓN AMBIENTAL JORGE EDUARDO LOAYZA PÉREZ

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CAPÍTULO 4 PROBLEMAS AMBIENTALES GLOBALES

1.- INTRODUCCIÓN

Desde los orígenes de nuestro planeta, los sistemas naturales físicos se hallan sometidos continuamente a cambios y transformaciones. En los últimos

doscientos años, estos cambios han sufrido una aceleración debido al aumento de la población y sus esfuerzos por satisfacer sus necesidades, no sólo básicas

sino también suntuarias. Estos cambios se dan por causas endógenas originadas por la propia dinámica del planeta y por la actividad humana. También existen cambios exógenos que dependen de variaciones en el sistema

planetario que son imposibles de controlar, pero que es necesario tenerlos en cuenta para explicar algunos problemas globales que se han intensificado

actualmente. Los problemas ambientales globales son aquellos que afectan a todo el

planeta, independientemente del lugar donde se hayan originado.

Los principales problemas ambientales globales son el calentamiento global y una de sus principales consecuencias, como el cambio climático, el deterioro de la capa de ozono, el oscurecimiento global y la pérdida de biodiversidad.

2.- EL CALENTAMIENTO GLOBAL Y EL CAMBIO CLIMÁTICO (O CAMBIO

EN EL SISTEMA CLIMÁTICO)

2.1. Introducción El sistema climático cambia continuamente desde hace miles de millones de

años, como resultado de las interacciones entre la radiación solar y los diferentes componentes de la geosfera y de la biosfera (Ludevid, 2008).

Sin embargo, en la actualidad la emisión de los denominados gases de efecto invernadero (GEI), como resultado de actividades humanas, es una de las

causas aceptadas (por un grupo importante de miembros de la comunidad científica internacional) del calentamiento global y del cambio climático natural

a una velocidad digna de consideración. 2.2. Cambios en el clima debido a causas exógenas

El clima puede variar por causas endógenas naturales, del propio sistema

climático, o por causas exógenas. Los cambios de origen externo del sistema climático están basados en procesos que provocan cambios en los flujos de energía de las radiaciones solares dentro del sistema, como son el nivel de

irradiación que nos llega del Sol, o de los cambios en la geometría de la órbita de la Tierra alrededor del Sol (Dickinson, 1989).


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Roland Gilliland, investigador del High Altitude Observatory de Boulder,

Colorado, publicó en 1981 varios artículos científicos en donde se establecía más allá de toda duda razonable que el Sol varía ligeramente de tamaño a lo

largo de décadas. Además de “inspirar y espirar” –con poca intensidad- a intervalos regulares de 11 y 76 años, el diámetro del Sol se ha contraído en forma constante durante los últimos 250 años, según parece, como parte de

un ciclo a más largo plazo. Gilliland relaciona esas variaciones con cambios climáticos en la Tierra en los pasados 250 años (citado por John Gribbin en El

Clima Futuro, 1986, edición en español). 2.3. Cambios en el clima debido a causas endógenas

a) De origen natural: Los gases de efecto invernadero (GEI) presentes en la

atmósfera cumplen un papel clave en el sistema climático, ya que absorben la radiación infrarroja emitida por la superficie del Sol y vuelven a irradiar parte de esta energía. En realidad, los GEI dejan pasar las radiaciones de

onda corta, absorben parte de la energía de onda larga y resto lo vuelven a emitir (Ramanathan et al., 1985).

Figura 10 Efecto Invernadero y el Calentamiento Global

(Publicado en el Diario Clarín. Fuente: IPCC, Panel Intergubernamental sobre Cambio Climático)

El principal gas efecto invernadero es el vapor de agua, responsable del 80% del efecto invernadero. El resto son gases que se encuentran en muy

poca concentración, es decir en pequeña cantidad, pero que tienen gran


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importancia, como el dióxido de carbono (CO2), metano (CH4), óxido de

nitroso (N2O), el ozono estratosférico (O3), los clorofluorocarbonos (CFCs) y los perfluorocarbonos, entre otros. Estos gases, a través del efecto

invernadero, mantienen caliente la baja atmósfera y la superficie terrestre.

Se considera como referencia que la temperatura promedio del planeta es de 15°C, y si no existiría el efecto invernadero esta temperatura sería -18

°C; esta diferencia de 33 grados centígrados se debe a la presencia de los gases de efecto invernadero.

b) De origen humano: El calentamiento global generado por el Hombre está

relacionado fundamentalmente con la intensificación del efecto

invernadero, como resultado del aumento de las concentraciones de los GEI anteriormente indicados (Jaeger y Barry, 1990).

El término intensificación, se utiliza ya que la mayoría de los GEI a

excepción de los CFCs, los HFC, los PFC y el SF6 se producen naturalmente en la atmósfera y se destruyen también de forma natural, a través de los

ciclos biogeoquímicos (ciclo del carbono, del nitrógeno y otros). Lo que estamos haciendo actualmente es aumentar excesivamente las concentraciones de estos gases.

c) Concentración del CO2 en la atmósfera a través del tiempo. En el cuadro que se adjunta se muestra la variación de la concentración CO2 a

través del tiempo, algunos valores son estimados, otros medidos y otros proyectados.

Cuadro 12 Variación de la concentración del CO2 con el tiempo

AÑO CONCENTRACIÓN CO2

(ppm) Fuente

1750 275 ND

1850 280 ND

1958 315 Ludevic, 1998

1984 343 Ludevic, 1998

1992 355 ND

1996 361 ND

2003 376 ND

2007 (Abril) 384 NOAA




2100 440 Ludevic, 1998 ND: No disponible

NOAA: National Oceanic and Atmosferic Administration

Elaboración: Loayza Jorge, 2010

Estas variaciones han sido originadas por las emisiones provenientes de la combustión y transformación del petróleo, el carbón y el gas natural, con


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grandes reservas aún por consumir, las que pueden provocar cambios

climáticos notables.

d) Explicación de cómo se produce el Efecto Invernadero. El efecto invernadero es el atrapamiento de calor por parte de la

atmósfera. La atmósfera recibe la radiación visible procedente del Sol y atrapa la radiación infrarroja procedente de la superficie terrestre. Parte de

la energía desprendida por la superficie se transporta por las masas de aire o por la evaporación del agua, pero la mayoría se irradia hacia la atmósfera, donde queda retenida, remitiéndose una pequeña parte hacia el

espacio.

¿Cómo se realiza el proceso de atrapamiento? ¿Por qué se le da más importancia al CO2 constituyente que se encuentra en menor proporción (0,032%) que a otros mayoritarios como el N2

(78,00%) y el O2 (20,90%)?

Los gases atmosféricos N2 y O2 no absorben radiación infrarroja, son trasparentes a ella. Estos gases no cumplen los dos requerimientos básicos

necesarios para la absorción de la radiación electromagnética.

(1) Cuando una molécula absorbe radiación electromagnética se produce

una transición que implica, el movimiento de su electrón o de su núcleo, para ello la energía de la radiación debe coincidir con la

energía requerida para una transición molecular. La energía de la radiación infrarroja sólo permite la vibración de los núcleos de las moléculas. El argón, el tercer constituye atmosférico más importante

(0,93%), es transparente a la radiación infrarroja por ser monoatómico.

(2) Debido a la naturaleza electromagnética de la radiación, su absorción

requiere que la transición provoque una variación en el campo

eléctrico de la molécula, es decir que la absorción modifique su momento dipolar. Este segundo requisito explica porqué el N2 y el O2

son transparentes a la radiación infrarroja. Aunque sus núcleos son capaces de vibrar a lo largo de su eje de enlace y su energía de vibración coincide con la región del infrarrojo, la vibración no altera el

momento dipolar. Debido a la simetría de la molécula, el momento dipolar es cero, independiente de cuanto se estire el enlace. Se dice

que la interacción es inactiva en el infrarrojo. Esto se cumple para todas las moléculas diatómicas homonucleares. El momento dipolar si se altera en la vibración de moléculas diatómicas heteronucleares,

tales como el CO, NO y HCl, debido a que sus átomos tienen cargas diferentes. Pero estas moléculas no contribuyen significativamente al

efecto invernadero, ya que su baja concentración atmosférica hace que la absorción de la radiación infrarroja sea muy débil.


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Todos los gases que contribuyen de forma significativa al efecto

invernadero son poliatómicos. Los más importantes son el CO2 y el H2O1,

así como, el CH4 y el O3. Un aumento en el nivel de CO2 incrementará la

temperatura del planeta, la presión de vapor del agua y la cantidad de vapor.

e) Consecuencias de la intensificación del Efecto Invernadero.

La principal consecuencia de la intensificación del Efecto Invernadero es el Calentamiento Global y sus efectos como el Cambio Climático (o Cambio en el Sistema Climático).

En los últimos cien años, la temperatura media del planeta ha aumentado

entre 0,3 a 0,7 °C. Una parte importante de este calentamiento se atribuye al aumento de las emisiones de CO2 y otros GEI.

Se considera que este aumento pueda ser mayor en el futuro, la temperatura media en la superficie terrestre podría aumentar entre 1,5 y

5,5°C si se duplica la cantidad de CO2. Otras estimaciones sitúan este aumento entre 3,5 y 4,2 °C para el año 2100 (Bolin et al., citado por

Ludevic, 1998). Se han identificado las siguientes consecuencias, entre probadas y probables:

1. Transformaciones climáticas regionales y locales. Los cambios de temperatura invertirían la tendencia natural de nuestro sistema

climático, lo cual conduciría lentamente a una nueva edad del hielo. Según los modelos matemáticos desarrollados hasta la fecha, se ha predicho que el aumento será más significativo en las zonas de mayor

latitud del planeta. En las zonas polares éste podría ser de unos 6°C en el año 2100, mientras que en las zonas ecuatoriales sería únicamente de

1 °C. 2. Ascenso del nivel del mar. Durante el siglo XX, el nivel global de los

océanos ha subido un promedio de 12 cm.

Con un calentamiento global entre 1,5 y 5,5 °C podría ascender entre 20 y 165 cm.

3. Efectos en los ecosistemas terrestres. Son menos predecibles los efectos potenciales del cambio climático sobre las cosechas y los

bosques.

1 El porcentaje promedio del agua presente en la atmósfera es del 0,4% (su concentración varía

de un sitio a otro y de un día a otro).


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3. Deterioro de la capa de ozono

3.1. Antecedentes.

Tras el descubrimiento del agujero en la capa de ozono, los gobiernos reconocieron la necesidad de acordar una serie de medidas que conllevaran la

reducción de la producción y consumo de determinadas sustancias destructoras de ozono (o sustancias agotadoras del ozono: SAO),

principalmente las sustancias conocidas como CFCs (Clorofluorocarbonos) y los Halones (Bromofluorocarbonos). Fue así como nació el Protocolo de Montreal en 1987, que en años sucesivos se ha ido revisando para acelerar la

eliminación de estas sustancias, así como para incluir nuevos compuestos causantes de la destrucción de ozono.

A fecha, se puede decir que el Protocolo de Montreal ha cumplido sus objetivos en cuanto a la reducción en la atmósfera de la presencia de las sustancias

causantes de la destrucción de ozono, pero desgraciadamente, debido a que el tiempo de permanencia de estos compuestos en la atmósfera es muy largo,

sus efectos perdurarán por mucho tiempo, y la recuperación de los niveles de ozono será muy lenta, teniendo que esperar hasta 2050 para poder alcanzar

los niveles anteriores a los años 80. Aunque estas perspectivas son aún más pesimistas para el área antártica, donde habría que esperar hasta 2060-2075 para poder alcanzar esos valores, previendo que durante los próximos veinte

años continúen formándose agujeros de ozono de similar intensidad a la de los últimos años.

Aun así, es de vital importancia que se sigan cumpliendo los acuerdos adoptados en el Protocolo de Montreal, puesto que en caso contrario se podría

retrasar o incluso llegar a impedir la recuperación de la capa de ozono.

3.2. Importancia del ozono estratosférico.

El ozono tiene un comportamiento nefasto a nivel del suelo, ya que es un gas

tóxico, pero a nivel de estratósfera tiene un comportamiento beneficioso.

La formación y destrucción del ozono estratosférico es un fenómeno natural. La supervivencia de la vida en nuestro planeta depende del equilibrio entre estas dos velocidades.

a) Formación.

a.1) Las radiaciones solares (representadas por fotones) impactan las moléculas de O2, separándola en dos átomos de O libre.

O2 + hν 2O

hν representa en esta ecuación a los rayos UV-C (< 280 nm).


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a.2) En presencia de una tercera molécula M, el átomo de oxígeno libre

reacciona con una molécula de O2 formando una molécula de O3. La función de M es absorber parte de la energía generada en la reacción, ya que sin la

molécula M, las moléculas de O3 se destruirían a la misma velocidad con que se forman. M puede ser N2 u otra molécula de O3.

Generalmente M no se incluye en la ecuación estequiométrica, pero si interviene en la ecuación cinética.

O + O2 + M O3 + M

b) Destrucción.

b1) La absorción de rayos UV-B (280-320 nm) provoca la destrucción del O3 en O2 y O.

O3+ hν O + O2

b2) A su vez la reacción del O3 y el O da origen a dos moléculas de O2.

O3 + O 2O2

3.3. Deterioro de la capa de ozono debido a las sustancias agotadoras

del ozono estratosférico (SAO)

Las actividades antrópicas introducen en la estratósfera agentes que favorecen

la destrucción catalítica de las moléculas de O3.

Figura 11 Una molécula de CFCl3 (un CFC conocido comercialmente como Freon) es impactado por los rayos UV-B dejando el libertad a un Cl●, que

acelera la descomposición de moléculas de O3.


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El O3 es una molécula meta estable, su concentración en el equilibrio es

extremadamente baja y sus moléculas aisladas se descomponen muy lentamente. Su velocidad de descomposición se acelera por reacciones

catalíticas encadenadas, según las tres ecuaciones mostradas: 1) X + O3 ↔ XO + O2

2) XO + O ↔ X + O2

Sumando (1) y (2):

3) O3 + O ↔ 2 O2

Donde:

X = Catalizador (puede ser un átomo de Cl●, átomo Br●, radical HO●, óxido

nítrico NO)

XO = Intermediario Como la especie X es un catalizador, se regenera en el proceso; así una sola

molécula del catalizador puede destruir muchas moléculas de O3. La cadena de reacciones mostradas prosigue hasta que X desaparezca por una reacción

colateral. Estas reacciones no afectan a la formación de O3, pero si a la destrucción.

Por el ejemplo, el Cl● proviene de los CFC (clorofluorocarbonos) y el Br●

proviene de los Halones (nombre comercial de los bromofluorocarbonos).

Figura 12 Los CFC fueron usados masivamente desde inicios de la década de

los años 80 como agentes propulsores de productos masivos, con la finalidad de favorecer la formación de aerosoles. Luego de entrar en vigencia el

Protocolo de Montreal, fueron retirados del mercado en sus diversas aplicaciones


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3.4. Consecuencias del deterioro de la capa de ozono

Los efectos potenciales de la reducción del O3 estratosférico se pueden dividir

en: a) Efectos para el Hombre2.

Al haber una menor cantidad de ozono, la radiación UV proveniente del Sol,

encuentra menos obstáculos a su paso. Los rayos UV, que alcanzan llegar a la superficie de nuestro planeta son peligrosos para la vida humana, y en especial para aquellos que están expuestos durante grandes periodos de tiempo a la luz

solar (personas que realizan su actividad laboral al aire libre o en la intemperie o personas que pasan largas horas en la playa tomando “baños de

sol”). Se ha comprobado que las radiaciones UV menores de 280 nm (UV-C) que son

absorbidas mayoritariamente por la capa de ozono pueden destruir ácidos nucleícos (ARN y ADN) y proteínas, moléculas básicas para la vida.

Los efectos de las radiaciones UV entre los 280 a 320 nm (UV-B), los cuales

incrementan las posibilidades de desarrollar cáncer a la piel, son los que más preocupan. Así mismo estas radiaciones pueden empeorar algunas enfermedades de los ojos, ya que el exceso de radiación UV es la causa de

cataratas.

Por último, el aumento de radiación UV inhibe el sistema inmunológico del Hombre, por lo que los cánceres pueden establecerse y extenderse con mayor facilidad, y se incrementa la predisposición para contraer herpes, hepatitis e

infecciones a la piel.

Las radiaciones UV entre los 320 a los 400 nm (UV-A), no son absorbidas por la capa de ozono y llegan constantemente a nuestro planeta.

b) Efectos en las cosechas.

Según estudios citados por Ludevic (1998), los dos tercios de 200 plantas sometidas al tipo de radiaciones de rayos ultravioleta que llegan a la Tierra (UV-B), mostraron alguna sensibilidad. La semilla de soja (soya), sufre un

descenso del 25% en eficiencia cuando los rayos UV-B aumentan en 25%. Se estima que la calidad y cantidad de las cosechas puedan disminuir

sensiblemente por la acción de este tipo de rayos. c) Efectos en los océanos.

En los océanos pueden producirse cambios en los ecosistemas marinos. El

fitoplancton puede ser afectado por el aumento de radiaciones, al igual que las 2 Revisar http://www.tecnozono.com/capa_de_ozono.htm (Fecha de consulta: 05-06-10)

http://www.tecnozono.com/capa_de_ozono.htm


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larvas de algunos peces. Las especies pesqueras y otros organismos vivos del

mar pueden ser más vulnerables que la fauna terrestre, debido que las radiaciones ultravioleta, en condiciones transparentes, pueden penetrar hasta

20 metros de profundidad. d) Efectos en los materiales.

Se ha comprobado que algunos materiales como los polímeros pueden

degradarse con mucha rapidez debido a la mayor incidencia de radiaciones ultravioleta.

e) Efectos en el cambio climático.

La disminución de la capa de ozono estratosférica puede tener efectos en el sistema climático haciendo más complicada la predicción del futuro clima a nivel regional o global; ya que la absorción de los rayos ultravioleta transforma

la radiación solar en energía mecánica de los vientos y en calor, favoreciendo reacciones químicas en la baja atmósfera

3.5. La situación actual de la capa de ozono

Como cada año, al aproximarse la primavera austral, comienza la destrucción de ozono sobre la Antártida. Durante el invierno austral se alcanzan en la

estratosfera temperaturas muy bajas (por debajo de -78 ºC). Estas temperaturas son necesarias para formar las llamadas nubes estratosféricas

polares (NEP). En su superficie se producen las reacciones químicas que llevan a la destrucción del ozono estratosférico en presencia de luz solar y de las sustancias destructoras de ozono que actúan como catalizadores de las

reacciones. Por ello la destrucción de ozono comienza al inicio de la primavera, conforme la luz solar empieza a incidir de nuevo en latitudes polares.

En cuanto al agujero de ozono3 el año 2008 (se define como agujero de ozono el área donde el ozono total en columna es menor que 220 Unidades Dobson)

hay que decir que alcanzó su máxima extensión el 12 de septiembre de 2008 con una superficie de 27 millones de km2 (algo mayor que la extensión de

América del Norte) comenzando a disminuir a partir de entonces. Esta extensión es mayor que la del año precedente (25 millones de km2) pero menor que la del año 2006 cuando se produjo la mayor extensión del agujero

de ozono obtenida hasta la fecha con 29 millones de km2.

3 Se define como agujero de ozono, el área donde el ozono total en columna es menor que 220

Unidades Dobson (UD o DU, por sus siglas en inglés; 1 UD = 0,01 cm)

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