IDEAM–METEO/010-2007 NOTA TÉCNICA DEL IDEAM

Original: Diciembre 2007

LLUVIA ÁCIDA

DOCUMENTO TÉCNICO DE RESPALDO A LA INFORMACIÓN EN LA PÁGINA WEB DEL IDEAM

Paola Andrea Ruiz Ospina Henry Oswaldo Benavides Ballesteros

Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales - IDEAM

SUBDIRECCIÓN DE METEOROLOGÍA

CONTENIDO

1. GENERALIDADES DE LA LLUVIA ÁCIDA………………………………………...1 1.1 INTRODUCCIÓN…………………………………………………………………………... ..1 1.2 LA QUÍMICA DE LA LLUVIA ÁCIDA…………………………………………………….. ..2 1.3 LA DEPOSITACIÓN ÁCIDA………………………………………………………………...3 1.4 LA LLUVIA ÁCIDA Y LA CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA……………………….. ..4 1.5 LOS PROCESOS DE GENERACIÓN DE LA LLUVIA ÁCIDA Y LAS

TRANSFORMACIONES QUÍMICAS INVOLUCRADAS................................................5

2. LOS AGENTES PRECURSORES DE LA LLUVIA ÁCIDA…………………….. ...9 2.1 FUENTES GENERADORAS……………………………………………………………... ...9 2.2 PRINCIPALES CONTAMINANTES PRECURSORES DE LA LLUVIA ÁCIDA……... .10 2.3 MEDIDAS DE REDUCCIÓN DE EMISIONES PRECURSORAS DE LLUVIA

ÁCIDA………………………………………………………………………………………... .12

3. EL PROBLEMA DE LA LLUVIA ÁCIDA………………………………………….. .14 3.1 EL TRANSPORTE A LARGA DISTANCIA DE LOS CONTAMINANTES…………… .14 3.2 ANTECEDENTES DE LOS EFECTOS DE LA LLUVIA ÁCIDA………………………..15 3.3 EFECTOS DE LA LLUVIA ÁCIDA……………………………………………………….. .18

4. MONITOREO Y SEGUIMIETO DE LA LLUVIA ÁCIDA: LA VIGILANCIA

ATMOSFÉRICA……………………………………………………….…….……… 23 4.1 MONITOREO A ESCALA GLOBAL DE LA PROBLEMÁTICA EN TORNO A LA

LLUVIA ÁCIDA……………………………………………………………………………… .23 4.2 PARÁMETROS EMPLEADOS PARA CARACTERIZAR LA LLUVIA ÁCIDA………. .25 4.3 MODELOS DE PREDICCIÓN DE LLUVIA ÁCIDA…………………………………….. .26

5. EL PROGRAMA NACIONAL DE CARACTERIZACIÓN DEL AGUA LLUVIA.. .29 5.1 ANTECEDENTES DE LA RED DE MONITOREO DE AGUA LLUVIA EN

COLOMBIA………………………………………………………………………………….. .29 5.2 EL COMPORTAMIENTO DE LA LLUVIA ÁCIDA EN COLOMBIA…………………… .32

6. GLOSARIO………………………………………………………………………….. .42

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1. GENERALIDADES DE LA LLUVIA ÁCIDA

1.1 INTRODUCCIÓN El término “lluvia ácida”, se refiere a uno de los fenómenos relacionados con el cambio global de la atmósfera, el cual se ha generado a partir de la interacción entre la emisión y formación de gases contaminantes, y la dinámica atmosférica. La lluvia ácida se caracteriza principalmente por la formación de precipitaciones con un carácter de acidez (que incluyen la lluvia, la nieve y la depositación de partículas), las cuales causan efectos importantes sobre el medio. Los principales precursores de la lluvia ácida son los óxidos de azufre y los óxidos de nitrógeno, compuestos químicos generados a través de dos vías principales: las fuentes antrópicas, principalmente a partir de la quema de combustibles fósiles, o las fuentes naturales, compuestas por emisiones volcánicas y fuentes termales, entre otras. Los óxidos de azufre y nitrógeno emitidos a la atmósfera, sufren diferentes procesos de transporte y transformación química, en los cuales intervienen componentes meteorológicos como los vientos, la precipitación y la radiación solar, procesos del ciclo hidrológico como la condensación del vapor de agua y la emisión de gases contaminantes a la atmósfera. El cambio más importante generado por este fenómeno, es la disminución del pH natural de la lluvia, la cual, después de que es depositada, genera la acidificación relacionada con los efectos negativos que ocasiona sobre ecosistemas acuáticos y terrestres, afectando árboles, plantas y cultivos, acidificando lagos y ríos y deteriorando edificaciones y demás infraestructura física. La recopilación de información presentada, tiene como objetivo dar una idea general de la problemática del fenómeno y de las medidas para contrarrestar sus efectos. Se analizan entonces procesos de generación, transporte y transformación de los precursores de lluvia ácida; la forma de depositación de estos contaminantes en el medio; el problema en torno al fenómeno y el seguimiento y monitoreo más empleadas para su mitigación. Se presenta además, el fenómeno de la precipitación ácida como un asunto a tener en cuenta a nivel investigativo y político, por lo que se describen los esfuerzos desarrollados a nivel internacional y nacional, que definen las precipitaciones ácidas como un indicador de calidad del aire, pero principalmente, como un asunto a tener en cuenta para la prevención y el control de la acidificación del medio.

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1.2 LA QUÍMICA DE LA LLUVIA ÁCIDA Las sustancias con un pH menor que 7 son ácidas, por el contrario, las sustancias con un pH mayor a 7 son consideradas básicas o alcalinas. La lluvia ácida ha tenido una particular importancia desde su aparición, debido a que está caracterizada por tener un pH menor al de la lluvia en su estado natural, considerada como una sustancia ácida, ya que tiene un pH alrededor de 5,6. La acidez natural del agua lluvia se genera por el equilibrio existente con el bióxido de carbono (CO2), formando el ácido carbónico (H2CO3), el cual es un ácido débil.

CO2 + H2O → H2CO3 La Figura 1 muestra diferentes sustancias en la escala de pH, entre las cuales se encuentra la lluvia en su estado natural.

Figura 1. pH para sustancias comunes y la lluvia “no contaminada”.

(Fuente: http://www.elmhurst.edu) La lluvia es considerada “contaminada”, o lluvia ácida, cuando los óxidos de azufre y de nitrógeno intervienen en la química de la atmósfera y en su equilibrio, causando que el pH de la lluvia, disminuya a menos de 5,6 en la escala de pH. Como ejemplo se tiene, que la lluvia con un pH de 4, es 40 veces más ácida que la lluvia en su estado natural, esto debido a la escala logarítmica del pH (potencial de hidrógeno).

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La lluvia ácida y en general su proceso de precipitación en el medio es denominado también depositación ácida. La depositación ácida puede ser de dos tipos: la depositación seca o la depositación húmeda y depende de las formas precursoras (gaseosas o en aerosol) de las precipitaciones ácidas.

En la Tabla 1 se presenta la clasificación de la lluvia de acuerdo con el pH. Tabla 1. Clasificación del agua lluvia de acuerdo con el pH.

pH Clasificación de la lluvia

pH > 5,6 Lluvia no ácida

4,7 < pH ≤ 5,6 Lluvia ligeramente ácida

4,3 < pH ≤ 4,7 Lluvia medianamente ácida

pH ≤ 4,3 Lluvia fuertemente ácida

1.3 LA DEPOSITACIÓN ÁCIDA La figura 2 describe cómo los precursores gaseosos de la lluvia ácida son depositados en forma húmeda y en forma seca.

Figura 2. Fuentes y receptores de la lluvia ácida.

(Fuente: http://www.epa.gov/air/espanol/lluvia_acida/quespage.html) 1.3.1 LA DEPOSITACIÓN SECA

Ocurre normalmente a pocos kilómetros del foco emisor. Consiste en el retorno al medio de gases como los óxidos de azufre y de nitrógeno en forma de partículas o de aerosoles, siendo depositados en forma seca. La depositación seca está además constituida por partículas de polvo, llamadas partículas suspendidas, que se conocen generalmente como polvo atmosférico, las cuales, pueden ser también

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de carácter básico.

1.3.2 LA DEPOSITACIÓN HÚMEDA La precipitación húmeda es la que ha representado una mayor importancia y por lo tanto, una mayor cantidad de estudios sobre su comportamiento. Generalmente, la precipitación húmeda es más conocida por ser la causante de la acidificación en el medio, dejando muchas veces a un lado las precipitaciones secas. Este tipo de depositación es formada cuando los compuestos gaseosos precursores de la lluvia ácida entran en contacto con el vapor de agua, la luz y el oxigeno de la atmósfera y se crea una mezcla de ácido sulfúrico y ácido nítrico. Después de estos procesos y de estas reacciones catalíticas iniciadas en forma fotoquímica en la atmósfera, esta mezcla viaja muchos kilómetros, precipitándose y cayendo al medio en forma de depositación húmeda. El ácido producto de este proceso, se deposita en solución en el terreno y los vegetales durante las precipitaciones atmosféricas. El proceso de generación de las precipitaciones ácidas húmedas, sigue entonces, dos etapas:

Etapa fotoquímica: que ocurre en fase gaseosa. El dióxido de azufre (SO2) y el óxido de nitrógeno (NO), se oxidan a trióxido de azufre (SO3) y dióxido de nitrógeno (NO2) respectivamente, gracias a la energía proporcionada por la radiación ultravioleta del sol y por los demás agentes oxidantes de la atmósfera.

Etapa catalítica: Tiene lugar en fase líquida y consiste en la transformación del SO2 original en ácido sulfúrico (H2SO4), por disolución acuosa, siendo catalizada principalmente, por la reacción con sales de hierro y de manganeso presentes en las gotas de agua. Parte de este ácido es neutralizado en la atmósfera por el amoníaco, originándose iones amonio (NH4

+), el resto aparece disuelto en las gotas de lluvia, acidificándola, en forma de iones sulfato SO4

-2 y iones de hidrógeno H+. Los óxidos de nitrógeno pasan a formar ácido nítrico (HNO3) que también aparece disociado en forma iónica en las gotas de lluvia.

1.4 LA LLUVIA ÁCIDA Y LA CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA El término Contaminación atmosférica, describe el grupo de sustancias y procesos extraños a la atmósfera, que puedan llegar a ocasionar cualquier tipo de daño a la población humana y su entorno. La Contaminación atmosférica afecta gravemente la calidad del aire, término que se refiere al aire benigno respirable por el hombre. La lluvia ácida hace parte de los problemas relacionados con la Calidad del Aire, ya que además de afectar el entorno humano, en muchos casos afecta también la salud. Las sustancias causantes de la contaminación se denominan contaminantes, los

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cuales tienen diferentes formas de ser generados o emitidos a la atmósfera. Estas sustancias son emitidas principalmente a partir de la quema de combustibles y se clasifican generalmente en: fijas, móviles y difusas. Las emisiones por fuentes fijas, se generan desde un lugar definido en el espacio y corresponden a emisiones puntuales o estáticas como chimeneas domésticas y de fábricas y sitios de almacenamiento de sustancias contaminantes, entre otras. Las emisiones por fuentes móviles son aquellas que se generan mientras la fuente se encuentra en movimiento o cambiando constantemente de ubicación; se refieren a vehículos particulares y urbanos de tipo aéreo, terrestre y acuático. Las emisiones por fuentes difusas aparecen ocasionalmente, y se refieren a aquellas fuentes que no tienen un sitio definido de emisión como lo son los incendios forestales, incendios de pastizales y agrícolas y el polvo levantado del suelo, entre otras. En general, las sustancias generadoras de la contaminación atmosférica se dividen en dos grandes grupos según su mecanismo de formación: los contaminantes primarios y los contaminantes secundarios. Los óxidos de azufre emitidos directamente a la atmósfera, pertenecen a los contaminantes primarios (aquellos procedentes directamente de las fuentes de emisión); mientras que los productos de la reacción del nitrógeno atmosférico, los óxidos de nitrógeno y azufre con el vapor de agua y demás sustancias oxidantes de la atmósfera, son conocidos como contaminantes secundarios (aquellos originados por la interacción de dos o más contaminantes primarios o por reacción con los constituyentes normales de la atmósfera).

Figura 3. Los contaminantes Primarios y Secundarios en la Atmósfera.

(Fuente: www.educarchile.gov.ch)

1.5 LOS PROCESOS DE GENERACIÓN DE LA LLUVIA ÁCIDA Y LAS TRANSFORMACIÓNES QUÍMICAS INVOLUCRADAS

En la generación del fenómeno lluvia ácida, intervienen diferentes procesos meteorológicos y procesos químicos y físicos de distinta índole, entre los que se

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encuentran la proximidad al mar y los combustibles utilizados, entre otros. El ciclo hidrológico es uno de los procesos que tienen mayor incidencia en la generación de la lluvia ácida y sus efectos. La Figura 4, muestra la interacción entre el ciclo hidrológico, los vientos y los contaminantes, los cuales participan activamente en procesos de generación, transformación y transporte de la lluvia ácida. Las fuentes naturales y antrópicas mostradas en la figura, emiten los gases y partículas que posteriormente son precipitados en el medio, en forma de depositación húmeda o depositación seca.

Figura 4. Proceso Atmosférico de transformación de los Contaminantes

.(Fuente. Manual de Operación del NADP OMM, 2004)

Al ser emitidos los precursores de lluvia ácida, estos se transforman, reaccionando con el vapor de agua y otros compuestos atmosféricos. La Figura 5 muestra la transformación química de la lluvia ácida, más específicamente de la depositación húmeda. Las ecuaciones representan los principales precursores de la lluvia ácida, los cuales reaccionan inicialmente gracias a la radiación solar (Etapa Fotoquímica) para posteriormente ser oxidados y convertirse en ácidos fuertes depositados a través de la lluvia. Para el caso de los óxidos de azufre, estos funcionan como núcleos de condensación, formando nubes, las cuales son transportadas a través de los vientos, trayendo consigo contaminantes transformados a través de largas distancias, para finalmente, permitir la precipitación de estas sustancias en lugares alejados de las fuentes emisoras. Este mecanismo explica la problemática de la depositación húmeda relacionada con la Contaminación Transfronteriza o también llamada el Transporte a larga distancia de los contaminantes.

Entre los procesos involucrados con la transformación química de los precursores

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de la lluvia ácida, se encuentran las reacciones de sus formas gaseosas y las reacciones al nivel de gotas de vapor de agua relacionadas con la precipitación húmeda. Estos procesos tienen lugar en la tropósfera y en las nubes respectivamente, correspondiendo a las dos etapas de depositación húmeda: la etapa fotoquímica y la etapa catalítica.

. a. Fuente: http://www.sagan-gea.org/hojared/lluviacid.jpg.

b. Fuente: www.educarchile.cl

Figura 5. Transformaciones Químicas de los principales precursores de la Lluvia Ácida

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El proceso desarrollado en la tropósfera, se refiere al momento en el cual los precursores del fenómeno son inicialmente oxidados. Los radicales hidroxilo (OH), metilo (CH3) y la molécula de ozono (O3), se convierten en los principales agentes oxidantes en este proceso. A partir de las reacciones fotoquímicas, las formas atómicas del ión OH- y de los radicales metilo (CH3), generan especies muy reactivas que inician la serie de reacciones en cadena del fenómeno. Los radicales OH son entonces, uno de los responsables de la oxidación inicial de los compuestos gaseosos de azufre y de nitrógeno presentes en la tropósfera. Durante estas reacciones se generan, las formas más oxidadas de los compuestos gaseosos precursores de la depositación húmeda. El segundo proceso a nivel molecular, explica la transformación química de los precursores de lluvia ácida en las nubes y describe la reacción de los gases precursores con el vapor de agua condensado. En esta etapa, la solubilidad del SO2 se incrementa en agua, debido a la presencia de agua oxigenada, la cual oxida el ácido sulfuroso (H2SO3) que es la especie que se forma al disolverse el SO2 en agua, para luego dar lugar a la formación del ácido sulfúrico (H2SO4). Otra vía posible de oxidación del SO2 en fase acuosa, es producida cuando participan iones metálicos como el hierro y el manganeso, además de la participación de partículas sólidas. La formación de ácido nítrico se da preferiblemente en fase gas, debido a su baja solubilidad. El NO2 también se oxida por la reacción de radicales OH, el ozono también produce la transformación del NO2 a HNO3. La figura 6 muestra las reacciones ocurridas principalmente a nivel troposfera y de las nubes.

Figura 6. Procesos de transformación química relacionados con la generación de la lluvia ácida a

nivel molecular. (Fuente: Doménech, 1994).

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2. LOS AGENTES PRECURSORES DE LA LLUVIA ÁCIDA Los óxidos de azufre (SO2) y los óxidos de nitrógeno (NOx) son los principales compuestos precursores de lluvia ácida, sin embargo, en este fenómeno participan otros compuestos de cloro, amoniaco y compuestos orgánicos volátiles (COV), entre otros. Estos compuestos son oxidados para convertirse en formas más reactivas con el agua (siendo hidrolizados), produciéndose así, ácidos fuertes como el ácido sulfúrico y el ácido nítrico.

2.1 FUENTES GENERADORAS Las sustancias precursoras de la lluvia ácida, se producen principalmente a partir de la quema de combustibles, principalmente en refinerías de petróleos, en centrales térmicas, en industrias que emplean hornos, en industrias de minerales, de compuestos de cloro, en la fabricación o producción orgánica de amoniaco y en la producción o almacenamiento de los compuestos orgánicos volátiles (COV). Los óxidos de nitrógeno, son producidos mayormente a través de la reacción a altas temperaturas del nitrógeno atmosférico. La actividad microbiana del suelo se constituye también como una fuente generadora importante de óxidos de nitrógeno, participando a través del tratamiento y disposición de residuos, los cuales contribuyen en menor cuantía pero sin dejar de ser importantes, ya que se produce óxido nitroso (N2O) y se emite óxido nítrico (NO). Otras fuentes están representadas, por descargas eléctricas o por introducción en la tropósfera de óxidos de nitrógeno provenientes de la estratosfera.

Figura 7. 50 millones de toneladas de SO2 son dispersadas cada año en Europa. (Fuente http://www.fao.org/docrep/q2570s/q2570s02.htm)

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2.2 LOS PRINCIPALES CONTAMINANTES PRECURSORES DE LLUVIA ÁCIDA

2.2.1 Óxidos de Azufre

Al quemar los combustibles fósiles (como el carbón y los derivados del petróleo) que contienen azufre se producen los óxidos de azufre. En el carbón, el azufre puede presentarse de diversas formas (pirítico o inorgánico, u orgánico) que en el proceso de combustión produce dióxido y trióxido de azufre, SO2 y SO3, respectivamente. Prácticamente todo el SO3 queda retenido en las cenizas de carácter alcalino pues reacciona con ellas. El SO2, menos reactivo sale con los gases de combustión. En el petróleo y sus derivados (sobretodo los más pesados: fuel oil, gasóleo y diesel) el azufre es de tipo orgánico, y al producirse menor cantidad de cenizas y no tener un carácter especialmente alcalino, retienen muy poco los óxidos de azufre que se producen en la combustión. El dióxido de azufre tiende a oxidarse a trióxido de azufre o ácido sulfúrico y a sus sales mediante procesos fotoquímicos o catalíticos en la atmósfera. Este ácido se solubiliza en el agua de las nubes, acidificando las lluvias, la nieve y niebla. El dióxido de azufre en el ambiente está asociado con enfermedades como el asma y la bronquitis crónica y su acción podría potenciarse con humos, ozono (O3), dióxido de nitrógeno (NO2), material particulado, polen y otros agentes bronconstrictores. El ejercicio físico aumenta el efecto bronconstrictor de este gas, ya que al aumentar la ventilación aumenta el SO2 inhalado, siendo suficientes concentraciones de 0,25 a 0,5 ppm para causar estos problemas. Exposiciones en grandes periodos de SO2 y partículas causan enfermedades respiratorias y agrava enfermedades del corazón ya existentes.

2.2.2 Óxidos de Nitrógeno

De los seis óxidos de nitrógeno, el óxido nítrico (NO) y el dióxido de nitrógeno (NO2) son importantes contaminantes del aire. Proceden del nitrógeno del aire (compuesto de un 79% de nitrógeno en forma de N2 y en un 21% de oxígeno en forma de O2) que debido a las altas temperaturas de la combustión se descompone y oxida dando lugar a la formación de varias especies químicas de oxígeno y nitrógeno identificadas genéricamente como NOx. El NO es el que está presente en mayor medida en las emisiones, pero en presencia del oxígeno atmosférico se transforma rápidamente a NO2. Por este motivo se toma como estándar para efectos de cálculos (ej. modelación) y mediciones (calidad del aire)

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de los NOx como si todo estuviera en forma de NO2. La formación de óxidos de nitrógeno no tiene que ver estrictamente con la combustión, sino más bien con la temperatura. De hecho, combustiones a las que se identifica habitualmente como limpias, son altamente productoras de NOx. Un ejemplo sería la combustión de Gas Licuado de Petróleo (GLP) en calderas y calefacciones domésticas, o la misma explosión de un motor de automóvil, donde, además de que la combustión no es completa, se alcanzan altas temperaturas y por ende se producen también NOx. Al igual que los SOx, los NOx tienen carácter ácido y pueden acabar por formar ácido nítrico HNO3 (los NOx tienen un tiempo de vida de aproximadamente un día con respecto a la conversión a ácido nítrico), el cual se puede solubilizar en el agua dando lugar a deposiciones ácidas. Durante las tormentas eléctricas, parte del nitrógeno atmosférico es oxidado a pentóxido de nitrógeno N2O5, el cual se une con el agua para dar ácido nítrico que igualmente es transportado por la lluvia a la tierra. El dióxido de nitrógeno absorbe la luz visible y a una concentración de 0,25 ppm causará apreciable reducción de la visibilidad. A una concentración de 0,5 ppm en un periodo de 10 a 12 días ha detenido el crecimiento de las plantas tales como el fríjol y el tomate. Los NOx son además bastante oxidantes, lo que les confiere una particular agresividad en su acción sobre los ecosistemas y los seres vivos. Los niveles de NO por encima de 282 mg/m3 (150 ppm) pueden ser letales, mientras que las concentraciones dentro del rango de 94-282 mg/m3 (50-150 ppm) pueden producir enfermedades crónicas pulmonares. El nitrato (formado por la disolución de los NOx en el agua) está presente, generalmente, en cantidades muy pequeñas (trazas) en aguas superficiales; pero puede alcanzar niveles altos en las aguas lluvias estancadas que puedan "arrastrar" contaminantes emitidos en centros urbanos. Cantidades excesivas de nitrato contribuyen con el mal conocido como “metahemoglobinemia infantil”; un límite de 10 mg/lt de nitrógeno de nitratos se ha impuesto como límite en aguas potables para prevenir dicho mal.

2.2.3 Material Partículado Los resultados a que han llegado diversos estudios apuntan al papel que determinadas bases contrarrestan los efectos de la lluvia ácida neutralizando los contaminantes precursores de lluvia ácida. La gran atención prestada a la reducción de los contaminantes ácidos ha contribuido a la disminución de estas

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bases. La mayoría de las bases en la atmósfera acostumbran encontrarse en las partículas suspendidas o polvo atmosférico. Estas partículas de polvo son ricas en carbonato de calcio y de magnesio, minerales que actúan como bases cuando se disuelven en el agua. Las principales fuentes de estas bases son: la combustión de combustibles fósiles, las actividades industriales (producción de cemento), la minería, los incendios forestales, la erosión, entre otras. Esta puede ser una de las principales causas por las cuales, a pesar de un control más riguroso de la contaminación los niveles de acidez en la lluvia siguen siendo tan altos en algunas regiones de Europa y Norteamérica. Los aerosoles del ácido sulfúrico y otros sulfatos constituyen del 5 al 20 por ciento de las partículas en suspensión en el aire urbano, contribuyendo significativamente a la reducción de la visibilidad. Las investigaciones indican que mucha de la neblina atmosférica se debe a la formación de varios aerosoles resultantes de las reacciones fotoquímicas entre el SO2, el material particulado, los óxidos de nitrógeno y los hidrocarburos presentes en la atmósfera. Las mediciones indican que una importante fracción del sulfato presente en el aire urbano tiene un tamaño efectivo de menos de 2 micras (µm), con el pico de distribución del tamaño alrededor de 0,2 a 0,9 µm. Como la longitud de onda del rango visible del espectro electromagnético varía aproximadamente de 0,4 a 0,8 µm, la presencia de aerosoles de este tipo puede causar una pronunciada reducción de la visibilidad.

2.3 MEDIDAS DE REDUCCIÓN DE EMISIONES PRECURSORAS DE LLUVIA ÁCIDA

Los procesos de combustión son las principales fuentes generadoras de precursores de lluvia ácida. Estos procesos son utilizados en diferentes actividades económicas que generan diversidad de gases emitidos a la atmósfera y cuyas características dependen, del tipo de combustible, de la tecnología empleada y de las características en que se realiza la combustión (temperatura de combustión, relación aire-combustible, entre otras). Las fuentes generadoras de lluvia ácida, han demostrado por lo tanto, que la mejor forma de controlar el problema, es a través de la reducción en la fuente de las sustancias emitidas. Entre las medidas para la reducción de las emisiones, se encuentran el uso de combustibles alternativos como la energía nuclear, hidroeléctrica, el viento, la energía geotermal, la energía solar, el gas natural, el uso de baterías y el uso de células fotovoltaicas, entre otros. En Colombia, la energía hidroeléctrica representa una fuente importante de generación de energía, a diferencia de países como Estados Unidos que utilizan el carbón como una de las principales formas de energía, generando así, mayores cantidades de emisiones de óxidos de azufre, debidas al azufre orgánico presente en esta forma de combustible.

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Las emisiones de precursores de lluvia ácida en Colombia y en general, en los distintos países, han demostrado una mayor incidencia de los óxidos de azufre que de nitrógeno. Con respecto a las fuentes emisoras del país, existe una mayor influencia de contaminantes por fuentes fijas que por fuentes móviles, siendo estas últimas, las mayores generadoras de óxidos de nitrógeno, y las fuentes fijas, (los procesos industriales) los mayores productores de partículas (El Medio Ambiente en Colombia-IDEAM, 2002). La reducción en el uso de combustibles fósiles con altos contenidos de azufre y la utilización de tecnologías que excluyan altas temperaturas de combustión principalemnte en los vehículos de transporte, se constituyen en alternativas importantes para la reducción en la fuente de emisiones de óxidos de azufre y nitrógeno. En Colombia, la disminución de contaminantes en fuentes fijas, está generalmente enfocada en el desarrollo de programas que incentivan la utilización de tecnologías y combustibles alternativos, que traen consigo, beneficios a largo plazo para las industrias. En cuanto a las fuentes móviles, se han promovido proyectos a nivel nacional, para incrementar la utilización de gas natural vehicular, el cual permite una reducción importante de emisiones de óxidos de azufre, aunque todavía los sistemas utilizados no representan una reducción importante de óxidos de nitrógeno. Por otro lado, se vienen modernizando las refinerías de ECOPETROL, las cuales permiten una reducción aún mayor del azufre orgánico en la gasolina y por lo tanto, en la atmósfera. Al mismo tiempo, se está haciendo notable el uso masivo de alcohol carburante, el cual es mezclado con gasolina, que es el combustible vehicular más utilizado. La participación activa de la población en estos procesos, cumple un papel importante en la reducción de las emisiones de óxidos de azufre y de nitrógeno desde la fuente. De esta manera, se recomienda el uso de transporte público o cualquier tipo de transporte alternativo (como por ejemplo las bicicletas, que no necesitan la quema de combustibles), la compra de vehículos con bajas emisiones (Low emission vehicles, LEV), además del adecuado y continuo mantenimiento de los mismos, y por último, el estar bien informado acerca de avances y soluciones del problema, promueve aportes importantes.

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3. EL PROBLEMA DE LA LLUVIA ÁCIDA La lluvia ácida es considerada como un problema de calidad del aire con consecuencias no tan directas sobre la salud humana. Sin embargo, el fenómeno causa la acidificación del medio, generando efectos sobre los suelos, la vegetación y los cuerpos de agua, los cuales afectan directamente la calidad de vida de la población. Según lo proclamado en 2004 por la Organización Meteorológica Mundial-OMM, la acidificación del medio es catalogada a nivel global como un asunto que hace vulnerables a las regiones de Asia, África y Sudamérica, esto debido a los procesos regionales, entre los que se encuentran el desarrollo económico y el crecimiento poblacional, el uso del suelo y diferentes cambios a nivel climático. Además de los efectos en el entorno, la lluvia ácida ha sido catalogada como un complejo problema científico, del que hasta el momento, no se ha encontrado una solución definitiva. Esto debido a que sus efectos han sido documentados en diferentes regiones, como un problema transfronterizo que afecta directamente ecosistemas en países alejados a las fuentes precursoras de lluvia ácida. De esta manera, países con una baja producción de emisiones contaminantes, se han visto afectados por emisiones provenientes de zonas con una alta producción de óxidos de azufre y de nitrógeno. A continuación se describen los asuntos relacionados con la problemática desencadenada por la emisión de precursores de la lluvia ácida: el transporte a larga distancia de los contaminantes y los efectos generados, de los cuales se mencionarán los antecedentes (localizados principalmente en Europa) y los efectos específicos generalizados alrededor del mundo.

3.1 EL TRANSPORTE A LARGA DISTANCIA DE LOS CONTAMINANTES La lluvia ácida se produce siguiendo la dirección del viento desde las áreas de importantes emisiones de dióxido de azufre (SO2) y de formación de óxidos de nitrógeno (NOX). La lluvia ácida es considerada entonces como un fenómeno relacionado con el transporte de los contaminantes, el cual es determinado por la dirección y velocidad del viento, además de otros aspectos topográficos y meteorológicos que incluyen la altitud y la latitud (factores que determinan la altura de capa de mezcla de los contaminantes, y fenómenos de inversión térmica que determinan los grados de contaminación, entre otros). Los mecanismos de transporte y transformación de la lluvia ácida configuran el problema de la Contaminación Transfrontera o transfronteriza.

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Los vientos, tienen una gran incidencia en el transporte de las nubes, las cuales se precipitan (depositación húmeda) en lugares bastante alejados del origen de las emisiones, después de varios días o semanas. Por otro lado, la depositación seca se constituye en un factor importante en la neutralización del problema en lugares cercanos a las fuentes emisoras, ya que la precipitación seca tiene influencia a pocos kilómetros del sitio emisor. Lo anterior explica porqué, según lo dicho por la OMM en 1991, las precipitaciones húmedas son neutralizadas en menor grado a grandes distancias, incrementado la probabilidad de que se desencadenen sus efectos.

3.2 ANTECEDENTES DE LA LLUVIA ÁCIDA

El primer escrito sobre el tema, fue el generado por Smith en 1872, quién publicó la obra titulada “Air and Rain, the beginnings of Chemical Climatology”. Esta obra contiene un informe detallado acerca de las variaciones del carácter ácido de la lluvia sobre y en la cercanía de la ciudad de Manchester, Inglaterra.

Figura 8. Los efectos de la lluvia ácida sobre el medio.

(Fuente: http://www.monografias.com/trabajos13/lluvia/lluvia.shtml).

Años más tarde, el mismo autor utiliza por primera vez, el término “lluvia ácida” en su obra que trató sobre los principales factores que actúan en la formación del fenómeno. El aporte de Smith no es suficientemente valorado en el entorno científico de la época, sino mucho tiempo después, cuando se evidenció formalmente el daño de algunos lagos suecos en 1940. Mientras tanto, se desarrollaron algunas investigaciones aisladas que lograron alcances importantes y que llevaron a la formalización del término “lluvia ácida”, por ejemplo: en 1911, cuando se observa la directa relación entre sitios donde se llevaba a cabo la combustión de carbón y la inhibición en la germinación de ciertas

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especies de plantas; en 1919, cuando se demuestra que la acidez proveniente de la atmósfera acelera la acidificación de los suelos forestales y por último, cuando se reporta la relación entre los niveles bajos de producción de truchas y la acidez de lagos y quebradas en 1927. Entre las investigaciones desarrolladas después de la formalización del término, se encuentra además, la realizada por Chernov en 1947, quien afirma que los minerales saturados de hidrógeno son altamente inestables (especialmente los ácidos), que se descomponen rápidamente liberando aluminio, magnesio y hierro, metales altamente tóxicos para las plantas. Fue hasta las décadas de los sesentas y setentas, que se empezaron a evidenciar serios efectos sobre organismos vegetales en conurbaciones cercanas a las principales fuentes estáticas de emisiones, así como en las áreas influenciadas por el calor de origen doméstico. En 1968, El sueco S. Oden demostró que las sustancias acidificantes que estaban recibiendo en abundancia los países escandinavos, provenían esencialmente de las regiones en las que estaban instaladas las industrias pesadas de Gran Bretaña y de Europa Central. Como consecuencia de diversos estudios sobre este asunto, se firmó en Ginebra en 1979 un Convenio Internacional sobre la Contaminación Transfronteriza a larga distancia que entró en vigor en 1983. Publicaciones que coincidieron con La Conferencia de Estocolmo en 1972, permitieron dar a conocer que el transporte a larga distancia de los contaminantes se estaba convirtiendo en un importante asunto entre los países de Europa. Uno de los problemas mayormente tratados fue el de la acidificación de los lagos en Suecia, los cuales empezaron a mostrar una creciente acidez. En 1977 Guderian registra uno de los eventos de acidificación del medio, más notables: la destrucción del bosque de “Selva Negra”, hecho en el cual, los árboles fueron muriendo después de recibir grandes cantidades de ácido sulfúrico depositado. A comienzos de los años 80 en Alemania se habló de la muerte de los Bosques Waldsterben (Figura 9), evento que fue muy importante en la toma de medidas para mitigar los efectos de la lluvia ácida.

Coppins en 1978, demuestra que la disminución desde 1970, de la diversidad de especies de líquenes se vio notablemente afectada en los dos últimos siglos. Este estudio permitió esclarecer que los efectos (directos o indirectos) de los contaminantes atmosféricos sobre la biodiversidad, se entienden bajo distintos niveles de tolerancia entre las especies.

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Figura 9. Bosque Waldsterben-Montañas Ore/Alemania

(Fuente: http://www.atmosphere.mpg.de/enid/Introducci_n_al_Clima/-_Clima_en_las_ciudades_445.html)

A partir de las investigaciones relacionadas con estos y otros efectos aislados en relación a la lluvia ácida, se generó una importante controversia acerca de la manera de actuar de las deposiciones ácidas: a través del suelo, según B. Ulrich, (pedólogo especialista en suelos forestales) o a través de las hojas, según P Schütt. Para ambos casos, las “precipitaciones ácidas” se deben esencialmente al SO2 y sólo en segundo lugar al NOx. La puesta en marcha de un dispositivo de observación sistemática de los bosques confirmó rápidamente las afirmaciones acerca del cambio de pH de la lluvia por parte de los científicos. Se puso entonces en evidencia el agravamiento extremadamente rápido que estaba sufriendo el fenómeno: así, en Baden-Wutemberg, el 6% de los abetos estaba enfermo en 1981; en 1983, el porcentaje se incrementó hasta el 94%. En 1990, cerca de los 48 lagos de las montañas Adirondacks (Estado de Nueva York, Estados Unidos), mostraron que los daños debidos a las lluvias ácidas eran menos importantes de lo que se preveía en un principio; en parte, porque siete de los 48 lagos analizados estaban ya acidificados desde la época preindustrial a causa de fenómenos naturales. Sin embargo en la actualidad se ha hecho notable el incremento de contaminantes sulfatados en el ecosistema.

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Figura 10. Niveles de Algunos contaminantes precursores de la lluvia ácida están aumentado en los Adirondacks el Estado de Nueva Cork, a pesar de las leyes de Protección del Aire en estados

Unidos. Las medidas de control de las últimas décadas (esto en cuanto al seguimiento y monitoreo del fenómeno), han permitido una disminución de los efectos de la lluvia ácida. Conceptos como el generado por Nillson en 1986: “Descarga crítica” propusieron la protección de ecosistemas a largo plazo, aspecto de prevención que se viene utilizando solamente hasta la actualidad. Este concepto propone medidas tendientes a la prevención de los efectos de la lluvia ácida cuando el impacto no pudiera compensarse por procesos naturales. Mientras que estos conceptos fueron tenidos en cuenta en el siglo XX, los efectos de la lluvia ácida afectaron gravemente suelos y cuerpos de agua. En la actualidad, se vienen liderando programas para el monitoreo regional o local de la lluvia ácida. Entre los principales programas encontrados, están el de Europa, Norteamérica y el Nordeste de Asia, regiones que han dedicado esfuerzos importantes en la modelación del comportamiento del fenómeno, lo cual ha permitido la caracterización o simplemente establecer los lugares de origen de la contaminación transfrontera.

3.3 LOS EFECTOS DE LA LLUVIA ÁCIDA Los antecedentes descritos sobre la acidificación del medio, han generado gran variedad de documentos, a partir de los cuales, se deduce que las consecuencias de la lluvia ácida, dependen generalmente de:

1. Los grados de control de la emisión de contaminantes primarios; y sus procesos de combustión, 2. Las transformaciones químicas desencadenadas; 3. Las cargas básicas de contaminantes naturales y antrópicos;

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4. El grado de sensibilidad de microorganismos, plantas, animales, y sus relaciones ecosistémicas, y 5. Las características del clima, la topografía y las superficies acuáticas o terrestres, que en conjunto, y en ausencia de contaminantes, determinan el comportamiento y presencia de distintas plantas y animales.

Cabe destacar que la escala de aparición de los efectos de la lluvia ácida tiene dos componentes: la local, denominada también microecológica, con efectos en el entorno de distintas fuentes de emisión y otra de escala regional o global, macroecológica, o la denominada contaminación transfrontera. Por otro lado, el Ciclo hidrológico desempeña un importante papel en el entendimiento de los efectos de la lluvia ácida en el medio, mas específicamente, en los ecosistemas. Como se observó en la problemática especificada anteriormente, la acción más importante de la lluvia ácida se evidencia en efectos específicos en los bosques. Otros efectos importantes mencionados lo representan la acidificación de las aguas (arriesgando el equilibrio de los ecosistemas acuáticos) y de suelos y aguas subterráneas por procesos de lixiviación y percolación. Un efecto directo de la lluvia ácida sobre los bosques, particularmente sobre los suelos y cuerpos de agua, se evidencia en la activación de metales tóxicos, sobre todo, de aluminio y metales pesados. La presencia de agua con un pH bajo, unido a la existencia inactiva de estos metales y a la pérdida de los nutrientes de las plantas (como el potasio, el calcio y el magnesio), produce daños en las raíces que deterioran y hacen vulnerables a estos organismos. Algunos países desarrollados han registrado también problemas con los peces y animales acuáticos, además de daños potenciales a cultivos y el creciente deterioro de la infraestructura urbana. Es probable además, que la lluvia ácida penetrase en las reservas de aguas subterráneas, aumentando la solubilidad de los metales tóxicos y disminuyendo así, las fuentes de abastecimiento de agua potable. Los efectos específicos de la lluvia ácida a nivel de sistema suelo, agua, ecosistema terrestre, salud humana y construcciones se describen a continuación:

3.3.1 Acidificación del sistema suelo

La capacidad buffer de los suelos ha comprobado que no es suficiente para contrarrestar la depositación de contaminantes. Muchos de los procesos naturales de los suelos se ven afectados, uno de ellos: la descomposición de material orgánico, que presenta una desaceleración en la actividad microbiana, provocando la lixiviación o lavado de los nutrientes y por ende, la disminución en su transformación.

El proceso de acidificación del suelo incluye además, la formación de sulfatos, nitratos y cloruros, compuestos que se suman a los ya presentes, aumentando las probabilidades de que se movilicen cationes tóxicos como el aluminio (Al) y metales pesados. El nivel de tolerancia a estos agentes depende de los materiales

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alcalinos que el suelo posea o que sean adicionados. Según varias investigaciones, los suelos forestales, tienen una mayor protección debido a la cubierta arbórea que actúa como filtro. Sin embargo, varios autores coinciden en afirmar que los suelos forestales y los pastizales naturales están más amenazados que las zonas cultivadas debido a que estos no son sometidos a prácticas agrícolas como el encalado o procesos similares.

3.3.2 La acidificación de los sistemas acuáticos Al igual que en el proceso de acidificación el suelo, la acidificación de aguas continentales consiste en la disminución de su capacidad de neutralizar ácidos. Cuando la lluvia ácida es depositada, esta puede caer directamente a los cuerpos de agua o llegar a ellos a través del arrastre de la lluvia sobre el suelo o de su percolación. Este proceso causa la acidificación de arroyos, ríos, lagos y aguas subterráneas, alterando el equilibrio de los iones del agua y de nuevo, aumentando el contenido de aluminio y demás metales pesados provenientes de su movilización en lechos acuáticos. El ciclo hidrológico explica los efectos de la lluvia ácida, pero aún más, sobre cuerpos acuáticos. Las precipitaciones ácidas lavan los metales contenidos en el suelo o los sedimentos de las cuencas hidrográficas y van separando partículas de materiales solubles, descargando estos metales en los lagos y demás cuerpos de agua. El efecto más importante de la lluvia ácida en los sistemas acuáticos es la afectación a las poblaciones de peces por intoxicación con metales tóxicos, lo que genera graves efectos en las cadenas tróficas con consecuencias en la economía pesquera y problemas de salud ocasionados por la magnificación (acumulación de de toxinas en los organismos con el aumento de los niveles tróficos). El consumo de peces con una mayor concentración de metales en su carne y la reducción de ciertos grupos de zooplancton, algas y plantas acuáticas, trastornan la cadena alimenticia de los lagos y potencialmente causa desequilibrios ecológicos y epidemiológicos, estos últimos evidenciados para la población humana.

3.3.3 La acidificación de los ecosistemas terrestres

La lluvia ácida puede ocasionar daños en las plantas recién nacidas y ha evidenciado el aumento en la vulnerabilidad de los árboles ante enfermedades y organismos parasitantes como insectos y hongos. El problema en las plantas más relevante, es el reemplazo del calcio por aluminio intercambiable, lo que ha producido graves sequías. Algunos efectos sobre plantas y organismos vegetales afectan directamente el equilibrio ecosistémico. Entre los efectos específicos se encuentran la corrosión de la capa grasa protectora de las hojas, además, del ataque a las membranas constituyentes de la estructura interna del árbol.

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a) (Fuente: http://water.usgs.gov/gotita/acidrain.html)

b)(Fuente: http://www.fao.org/docrep/q2570s/q2570s02.htm)

Figura 11. Daño Ocasionado por la lluvia ácida: (a) en Alaska Poremba, Polonia y (b) en un bosque canadiense de maderas duras.

La sensibilidad de diferentes especies frente a los contaminantes atmosféricos, varía de acuerdo con la superficie de las hojas y la caducidad de las mismas. Las especies de plantas menores que se ven más afectadas son los líquenes y los musgos, ya que toman directamente el agua a través de sus hojas. Los pájaros pequeños que viven cerca de aguas acidificadas se ven afectados en su reproducción, los huevos de varias especies de pájaros aparecen con paredes muy delgadas debido al aluminio ingerido a través de insectos que se desarrollan en aguas acidificadas. Los animales herbívoros se ven afectados ya que al acidificarse los suelos, las plantas que aquellos ingieren, acumulan una mayor cantidad de metales pesados y aluminio.

3.3.4 La lluvia ácida y la salud humana Entre los efectos directos de la lluvia ácida sobre la salud humana, se encuentran afecciones a los ojos y la piel y la pérdida del cabello. Por otro lado, se cree que la acidificación de las aguas subterráneas puede afectar el abastecimiento de agua potable, ya que se conoce el efecto negativo de metales tóxicos como el aluminio y el cadmio que se libera bajo condiciones de pH inferiores a 5, aunque se han encontrado casos altos de niveles de plomo, zinc y cadmio aún a pH superiores (entre 5.2 y 6.4).

3.3.5 Efectos en construcciones, materiales y pinturas

Las estatuas y los monumentos de piedra sufren erosión, los materiales de construcción como acero, pintura, plásticos y cemento, mampostería, acero galvanizado, piedra caliza, piedra arenizca y mármol también están expuestos a sufrir daños. Se acepta que el principal agente corrosivo individual de los

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materiales de construcción es el dióxido de azufre y sus productos secundarios. Las piedras arenisca y caliza se han utilizado con frecuencia como materiales para monumentos y esculturas.

Figura 12: Daños por la lluvia ácida. Estatua de arenisca del año 1702 fotografiada en 1908

(izquierda) y en 1969 (derecha)

23

4. MONITOREO Y SEGUIMIENTO DE LA LLUVIA ÁCIDA: LA VIGILANCIA ATMOSFÉRICA GLOBAL

El Nordeste de Asia se convierte en una región en donde se han desarrollado importantes avances en el seguimiento de los procesos que originan la lluvia ácida y sobre los efectos causados. Entre las medidas para el remedio y control de los efectos de la lluvia ácida a corto y largo plazo, se encuentran la adición de sustancias para aumentar el pH de los suelos y las fuentes de agua y procedimientos más complejos como la reducción de las emisiones. Para el control de este problema, es muy importante el monitoreo, que permite el seguimiento y control de la química de la precipitación. El monitoreo de la precipitación ácida se refiere al proceso de recolección de muestras para análisis químico. Estos procedimientos promueven el seguimiento del comportamiento químico de la precipitación atmosférica en sitios estratégicos para el control de la contaminación y de la acidificación en el medio.

4.1 MONITOREO A ESCALA GLOBAL DE LA PROBLEMÁTICA EN TORNO A LA LLUVIA ÁCIDA

La Organización Meteorológica Mundial-OMM, a través del Programa para la Vigilancia Global-VAG (Global Atmospheric Watch-GAW, por sus siglas en inglés) se ha encargado del seguimiento a escala global de los problemas relacionados con el cambio químico de la atmósfera terrestre. El Programa VAG ha desarrollado entonces, programas para el seguimiento a largo plazo de asuntos como la radiación, el ozono, la química de la precipitación (lluvia ácida), aerosoles y gases de efecto invernadero (GEI). En cuanto al seguimiento de estos asuntos, se han instalado sitios en distintos puntos del planeta para el monitoreo con estrictos procedimientos de toma, manejo y análisis químico de las muestras recolectadas. La Figura 13 corresponde a la ubicación a nivel global, de sitios para el monitoreo y seguimiento de la química atmosférica.

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Figura 13. Estaciones del VAG activas hasta el año 2004.

(Fuente: http://www.wmo.ch/web/arep/gaw/gaw_home.html) En el ámbito internacional, Europa, Norteamérica y Asia se constituyen como las regiones donde se han registrado y estudiado los mayores efectos de la lluvia ácida sobre los ecosistemas y la infraestructura. A nivel científico, se han desarrollado mecanismos para el seguimiento de estos efectos. Uno de los más utilizados es el monitoreo a nivel regional de la lluvia ácida, el cual contribuye en algunas veces, al seguimiento a nivel global del problema. Los programas existentes a nivel regional son:

Región País

Entidad

Programas

Sitio Web

Norteamérica Canadá Estados Unidos

Environment Canada EPA (Environmental Protection Agency) NTN (National Trends Network) USGS (United States Geological Survey)

The Canadian Air and Precipitation Monitoring Network (CAPMoN) Clean Air Status and Trends Network (CASTNet) National Atmospheric Deposition Program (NADP) Atmospheric Deposition Program of the U.S. Geological Survey

http://www.msc.ec.gc.ca/capmon/index_e.cfm http://www.epa.gov/castnet/ http://nadp.sws.uiuc.edu/ http://www.usgs.gov/science/science.php?term=6

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Ciudad de México

Secretaría del Medio Ambiente de la Ciudad de México

Red de Depósito Atmosférico-REDDA

http://www.sma.df.gob.mx/simat/pnredda2.htm

Nordeste de Asia

ADORC

(Acid Deposition and Oxidant Research Center)

Acid Deposition Monitoring Network in East Asia (EANET)

http://www.eanet.cc/

Europa Convention on Long-range Transboundarand Air Pollution

Convention on Long range Transboundary air pollution (EMEP)

http://www.emep.int/

En Colombia, a pesar de que no se han evidenciado científicamente efectos importantes sobre los ecosistemas relacionados con la lluvia ácida, el IDEAM viene desarrollando actividades relacionadas con el monitoreo del comportamiento químico a largo plazo de la lluvia en diferentes ciudades del país desde el año 1997.

4.2 PARÁMETROS EMPLEADOS PARA CARACTERIZAR LA LLUVIA ÁCIDA Entre los parámetros propuestos por estas regiones, y en lo publicado por la OMM para la estandarización de los procesos de monitoreo de química de la precipitación a nivel mundial, se encuentran: sulfatos SO4

-, nitratos NO3-, Calcio

Ca2+, potasio K+, y magnesio Mg2+, además de otros parámetros como metales pesados y compuestos orgánicos volátiles, entre otros. De estos parámetros, los más representativos y por lo tanto los más utilizados, son el pH, la conductividad, los nitratos y los sulfatos, Calcio, potasio, y magnesio, de los cuales, los cuatro primeros son medidos en Colombia. A continuación se explica cada uno de ellos.

4.2.1 pH-Acidez

El pH es un término de uso general para expresar la magnitud de acidez o alcalinidad. Es una forma de expresar la concentración o actividad de iones hidrógeno en solución. Este indicador es representado a partir de la escala de pH, la cual se expresa en términos de logaritmos negativos de la concentración de hidrógeno. La representación de la escala de pH usualmente oscila entre 0 a 14, donde el valor correspondiente a 7, a 25°C, representa la neutralidad absoluta (Sawyer, 2000).

26

La acidez en el análisis químico de la lluvia, puede definirse como la capacidad de los ácidos de azufre, nitrógeno y cloro, entre otros, para neutralizar bases, reaccionar con iones hidroxilo, ceder protones, o como la medida del contenido total de estas sustancias. En aguas naturales la acidez es producida por el CO2, por la presencia de iones H+ libres, por acidez mineral proveniente de ácidos fuertes como el sulfúrico, nítrico, clorhídrico, etc., y por la hidrolización de sales de ácido fuerte y base débil. El CO2 se encuentra disuelto en el agua lluvia como resultado de la disolución del CO2 atmosférico y se combina con el agua para formar ácido carbónico, disminuyendo el pH de la lluvia a 5,65.

4.2.2 Conductividad

La conductividad del agua es una expresión numérica de su habilidad para transportar una corriente eléctrica. Depende de la concentración total de sustancias disueltas ionizadas en el agua (principalmente ácidos) y de la temperatura a la cual se haga la determinación. Por ello, el valor de la conductividad es muy usado en análisis de aguas para obtener un estimativo rápido del contenido de sólidos disueltos. En un agua lluvia con características normales, el valor de la conductividad expresada en microsiemens por centímetro (µS/cm) debe tender a cero. En un agua lluvia con características ácidas son comunes valores por encima de los 20 µS/cm.

4.2.3 Nitratos y Sulfatos La presencia de nitratos y sulfatos en el agua lluvia, da un indicio de la intensidad del uso de combustibles por parte del transporte automotor y de las actividades industriales, destacándose las relacionadas con el sector agroindustrial, como son la quema de biomasa, y otras como la quema de sabanas para cultivos. En condiciones normales, la concentración de nitratos en aguas lluvias debe tender a cero. En aguas lluvias de carácter ácido son comunes valores del orden de 0,4 mg/l a 2,0 mg/l en nitratos y de 2,0 mg/l a 8,0 mg/l en sulfatos.

4.3 LOS MODELOS DE PREDICCIÓN DE LLUVIA ÁCIDA

Los programas regionales de caracterización de química de la precipitación, promueven el modelamiento del transporte y depositación de la lluvia ácida. Los modelos más representativos han sido desarrollados por las tres regiones con mayores efectos por acidificación del medio y que al mismo tiempo, poseen las redes más desarrolladas a nivel internacional: Norteamérica, Europa y el Nordeste

27

de Asia.

Desde sus inicios, la evolución de estos modelos ha sido representativa en las investigaciones relacionadas con el comportamiento de la lluvia ácida. La modelización en América del Norte produjo modelos muy completos en los que estaban incluidas, la química y la física del transporte y depósito de la lluvia ácida (OMM, 1990). El modelo regional de depósitos ácidos (MRDA) fue desarrollado en los Estados Unidos por el Programa Nacional para el seguimiento de la Precipitación Ácida (The National Acid Precipitation Assessment Program-NAPAP) que está comprendido por una grilla dimensional capaz de simular procesos químicos y físicos que permiten la formación y depositación de las especies ácidas. El desarrollo del Modelo se inició en 1983 , pero su aplicabilidad se dio hasta 1990. El modelo proporcionó importantes avances acerca de las relaciones fuente-receptor del problema de la depositación ácida en Estados Unidos.

En Europa, el método de modelización, tuvo que ser más pragmático debido a que la demanda de estimaciones cuantitativas de contaminación transfronteriza era muy grande, sacrificando la complejidad y exhaustividad de los resultados. La última versión del modelo europeo es bastante avanzada con resultados muy próximos a la realidad. El modelo europeo es el denominado Lagrangiano de Depositación Ácida de la EMEP (The EMEP Lagrangian Acid Deposition Model-LADM) con una resolución espacial de 150x150 km y es utilizado para simular el transporte atmosférico y la depositación de componentes de nitrógeno y sulfuro provenientes de la atmósfera. Desde 1985, el modelo ha servido para calcular concentraciones y depositaciones de compuestos acidificantes en Europa, como también flujos transfrontera, resultados que han sido comparados con las mediciones utilizadas por la red de monitoreo de la EMEP. Los modelos de lluvia ácida propuestos en el Nordeste de Asia se constituyen en los que se acercan a una mayor aproximación a la realidad, y se aplican como “Un área de importancia ambiental para los investigadores” ya que estas herramientas han sido desarrollados para entender el transporte y depositación de azufre en esta región. Estos modelos ayudan a entender el impacto de las emisiones actuales y de la depositación de azufre en Asia y anticipan la afectación producida al ambiente de la región en el futuro. Según varios autores, a partir del Modelo RAINS-Asia se desarrollan relaciones entre fuentes de azufre y las características de la depositación. El Propósito de este modelo según Streets (1999) es determinar las causas y consecuencias de la depositación ácida en Asia, incluyendo el crecimiento poblacional, el desarrollo económico, el uso energético, las emisiones, el transporte atmosférico, la depositación y los efectos en los sistemas ecológicos sensibles y otros sistemas receptores. En cuanto a la aplicabilidad del modelo con respecto a los sistemas de monitoreo, la intercomparaciones realizadas entre los modelos de predicción del

28

comportamiento de la lluvia ácida y estos sistemas, han servido para retroalimentarse mutuamente: los sistemas de monitoreo, para la validación de los modelos de lluvia ácida y la modelación de calidad del aire o el transporte a larga distancia de los contaminantes para determinar sitios que deban ser monitoreados.

29

5. EL PROGRAMA NACIONAL DE CARACTERIZACION DEL AGUA LLUVIA

5.1 ANTECEDENTES DE LA RED DE MONITOREO DE AGUA LLUVIA EN COLOMBIA

El IDEAM es el Instituto representante de la OMM en Colombia, por lo tanto, se ha encargado desde el año 1998 de manejar el sistema de monitoreo de lluvia ácida en el país. A lo largo de la puesta en marcha del programa, se han intentado seguir los preceptos de la Organización, enfrentando limitaciones financieras y logísticas para conseguirlo. A pesar de estas limitaciones, el monitoreo de la lluvia ácida ha sido utilizado como un indicador de la incidencia de actividades antrópicas sobre la calidad del aire.

Entre los principales inconvenientes para el desarrollo óptimo del programa, se encuentra la ubicación de sitios y equipos adecuados para el monitoreo, esto teniendo en cuenta, las difíciles condiciones del territorio y la topografía colombianos y los limitados recursos con los que se cuenta. En el país existen 32 sitios de monitoreo distribuidos entre los aeropuertos de distintas ciudades y Sedes de Áreas Operativas del IDEAM.

Tabla 2: Estaciones del IDEAM que reportan parámetros de caracterización de las aguas lluvias

Ciudad Sitio

Riohacha Apto, Almirante Padilla

Barranquilla Sede IDEAM

Soledad Apto. E. Cortizzos

Santa Martha Sede IDEAM Carepa Apto. Los Cedros

Medellín Sede IDEAM Apto Olaya Herrera

Rionegro Apto, José María Córdoba

Cúcuta Apto, Camilo Daza

Barrancabermeja Apto yariguíes

Bucaramanga Sede IDEAM

Lebrija Apto. Palonegro

Duitama Sede IDEAM

Armenia Apto, El Edén

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Pereira Apto, Matecaña

Neiva

Apto. Benito Salas

Sede IDEAM

Ibagué Sede IDEAM Interlaken

Bogotá

Laboratorio (Fontibón)

Américas

Villavicencio

Apiay Unillanos Cantarrana Apto. Vanguardia

Pto Carreño Apto. Pto. Carreño

Cali Sede IDEAM Palmira Apto. Bonilla Aragón

Pasto Sede IDEAM Apto Antonio Nariño

Ipiales Apto, San Luis Leticia Apto, Vásquez Cobo

De estos sitios, solamente 5 se constituyen como los más representativos y confiables durante el periodo 2001-2006. Para obtener la información sobre los sitios, en el sistema de monitoreo se distinguen básicamente dos tipos de Operaciones: Operaciones de Campo y Operaciones de laboratorio.

5.1.1 Operaciones de campo

El programa de monitoreo de la lluvia ácida existente contempla la toma de datos de pH y conductividad in-situ y la toma de muestras para análisis iónico de nitratos y sulfatos. El único sitio de recolección de muestras que cuenta con equipos avalados por la OMM, es el ubicado en Bogotá (Figura 14.a). Se espera la adquisición de recursos económicos para el reemplazo de los colectores utilizados en los demás sitios de monitoreo (Figura 14.b).

31

(a) Colector utilizado en El Jardín Meteorológico del Laboratorio de Calidad Ambiental (Bogotá)

(b) Colector de muestras de lluvia ubicados en Aeropuertos y Sedes de Áreas Operativas Figura 14. Colectores utilizados en Colombia para la medición de pH y conductividad y la

recolección de muestras para análisis en laboratorio. Además de la toma de muestras para análisis en laboratorio, los datos de pH y conductividad se pueden tomar in-situ a través de sensores portátiles marca METTLER TOLEDO, MODELO MP120.

Figura 15. Sensor portátil de pH y conductividad

32

5.1.2 Operaciones de laboratorio

Cuando las muestras están listas, estas son recogidas y llevadas al Laboratorio de Calidad Ambiental del IDEAM, en donde son analizadas químicamente. Las muestras y en general los procesos llevados a cabo desde la recolección y el análisis químico, hasta el registro y almacenamiento de datos, sufren un continuo proceso de control de calidad. Todos los procedimientos realizados en el laboratorio están basados en la Norma Técnica Colombiana NTC ISO 17025, que se aplica a los laboratorios ambientales de las entidades componentes del Sistema Nacional Ambiental (SINA)

5.2 EL COMPORTAMIENTO DE LA LLUVIA ÁCIDA EN COLOMBIA El comportamiento de las características químicas del agua lluvia se determina a partir del seguimiento del pH, conductividad, nitratos y sulfatos producto del análisis químico de las muestras recolectadas en los sitios de monitoreo del IDEAM en las principales ciudades del país y en algunas ciudades intermedias (Ver Tabla 1). Los sitios analizados fueron escogidos teniendo en cuenta la representatividad y confiabilidad de los datos. Para cada sitio se muestran las gráficas correspondientes al pH y la conductividad y no se muestran las de nitratos y sulfatos ya que la conductividad representa el comportamiento de estos dos indicadores. Por otro lado, la conductividad al ser un indicador significativo del contenido de nitratos y sulfatos, resulta ser contrario al comportamiento del pH. De esta manera, a medida que la conductividad aumenta (el contenido de nitratos y sulfatos) el pH disminuye.

5.2.1 BARRANQUILLA A pesar de las actividades económicas e industriales de la ciudad, las cuales aumentan la probabilidad de acidificación de la atmósfera, Barranquilla se encuentra influenciada por la brisa del Mar Caribe, efecto que puede neutralizar cualquier proceso de acidificación en el medio. Además, posee características climáticas secas en los primeros meses del año (que se evidencian en el No-registro de datos). La conductividad resultó ser un representativo indicador del contenido de Nitratos y Sulfatos de la lluvia en Barranquilla (Gráfica 1 y 2), mostrando una notable disminución durante la serie. La conductividad tuvo valores en los dos primeros años, entre 20 y 80 uS/cm, los cuales tienen una considerable disminución a lo largo de la serie; alcanzando valores entre 20 y 40 uS/cm para el periodo comprendido entre 2003 y 2006, valores que corresponden directamente al contenido de nitratos y sulfatos.

33

Por otro lado, los valores de pH mantienen un comportamiento con una preponderancia de valores por encima de 5.6, demostrando una notable disminución generalmente entre septiembre y noviembre de todos los años. Los valores de pH, generalmente por encima del rango normal, indican que no ha existido acidificación de la lluvia, situación que generada muy probablemente por el efecto que la brisa marina ejerce sobre la ciudad. Este fenómeno se debe específicamente a la evaporación del agua de mar la cual, al reaccionar en la atmósfera con las sustancias productoras de lluvia ácida, ejerce una función neutralizadora.

Conductividad y pH de la Lluvia en Barranquilla; Sede IDEAM, 2001-2006

020406080

100120140160180

ene-

01

may

-01

sep-

01

ene-

02

may

-02

sep-

02

ene-

03

may

-03

sep-

03

ene-

04

may

-04

sep-

04

ene-

05

may

-05

sep-

05

ene-

06

may

-06

sep-

06

Co

nd

uct

ivid

ad (

uS

/cm

)

012345678

pH

Conductividad pH pH Normal

Gráfica 1: Conductividad (azul) y pH (verde) de la Lluvia en Barranquilla.

La línea amarilla representa el pH normal de la lluvia (5,65).

pH y Contenido de Nitratos de la Lluvia en Barranquilla; Sede IDEAM, 2001-2006

0

1

2

3

4

5

6

7

8

ene-01

mar-01

may

-01

jul-0

1

sep-01

nov-01

ene-02

mar-02

may

-02

jul-0

2

sep-02

nov-02

ene-03

mar-03

may

-03

jul-0

3

sep-03

nov-03

ene-04

mar-04

may

-04

jul-0

4

sep-04

nov-04

ene-05

mar-05

may

-05

jul-0

5

sep-05

nov-05

ene-06

mar-06

may

-06

jul-0

6

sep-06

nov-06

Mes de Muestreo

pH

0

1

1

2

2

3

3

4

4

Nitra

tos

(NO

3 m

g/L

)

pH pH Normal Nitratos

34

Conductividad y Contenido de Sulfatos de la Lluvia en Barranquilla; Sede IDEAM, 2001-2006

020406080

100120140160180

ene-

01

may

-01

sep-

01

ene-

02

may

-02

sep-

02

ene-

03

may

-03

sep-

03

ene-

04

may

-04

sep-

04

ene-

05

may

-05

sep-

05

ene-

06

may

-06

sep-

06

Co

nd

uct

ivid

ad (

uS

/cm

)

0

5

10

15

20

25

30

Su

lfat

os

(SO

4mg

/L)

Conductividad Sulfato

Gráfica 2: Contenido de Sulfatos (Naranja) y Nitratos (Fucsia) de la lluvia en Barranquilla y la Conductividad (azul) y el pH (verde).

5.2.2 MEDELLÍN En su mayor parte, Medellín se encuentra influenciada por terrenos montañosos y por un clima templado con precipitaciones significativas durante el año. La principal actividad económica de la región son los servicios, entre ellos el comercio, con una influencia importante del sector industrial, que se encuentra principalmente ubicado en el Valle de Aburrá y el altiplano de Rionegro, lugares representativos para el monitoreo de la química de la precipitación, esto a pesar de que el relieve montañoso es un factor contraproducente para dicha actividad, según lo establecido por la OMM. La conductividad de las muestras recolectadas en la ciudad, presenta valores por encima de 20 uS/cm, los cuales indican un importante contenido de iones disueltos en la muestra, presentándose los valores más altos en los dos periodos típicos de lluvia durante el año (abril-mayo y octubre-noviembre), los cuales corresponden tambien al contenido de nitrato (Gráfica 3). La Serie 2004-2006 presenta un pH fluctuante entre la normalidad de la acidez de la lluvia, sin embargo se presentan los valores de acidez más altos en los periodos de lluvia (este comportamiento es más notorio en el primer año de la serie).

35

Conductividad y pH de la Lluvia en Medellín; Apto Olaya Herrera, dic 2004-dic

2006

0

10

20

30

40

50

60

dic-

04

feb-

05

abr-

05

jun-

05

ago-

05

oct-

05

dic-

05

feb-

06

abr-

06

jun-

06

ago-

06

oct-

06

dic-

06

Mes de Muestreo

Co

nd

uct

ivid

ad

(uS

/cm

)

0

1

2

3

4

5

6

7

pH

Conductividad eléctrica pH normal pH

pH y Contenido de Nitratos de la Lluvia en Medellín; Apto Olaya Herrera, dic 2004-

dic 2006

01234567

dic-0

4

feb-

05

abr-0

5

jun-0

5

ago-

05

oct-0

5

dic-0

5

feb-

06

abr-0

6

jun-0

6

ago-

06

oct-0

6

dic-0

6

Mes de Muestreo

pH

00,511,522,533,54

Nit

rato

s (N

O3

mg

/L)

pH pH Normal Nitratos

Gráfica 3: Conductividad y pH de la Lluvia y el pH y Contenido de Nitratos de la lluvia en Medellín. La línea amarilla representa el pH normal de la lluvia (5,65).

5.2.3 IBAGUÉ Ibagué es la capital del departamento del Tolima, posee un clima de transición entre templado y cálido. El departamento se encuentra ubicado al centro-occidente del país entre las Cordilleras Central y Oriental, localización restringida para el monitoreo regional de la química de la precipitación propuesto por la OMM, pero de gran importancia para el monitoreo local del país. La ciudad se encuentra influenciada por un relieve fuertemente quebrado, ya que se encuentra ubicado

36

sobre la Cordillera Central. La conductividad demuestra una disminución considerable de sus valores al final de la serie, esto en comparación a los primeros años, los cuales tienen valores muy por encima de 20 uS/cm. El valor más alto de la conductividad coincide con los valores más altos de nitratos y al mismo tiempo, con el valor más bajo de pH, el cual alcanza valores cercanos a 4,5. A pesar de estos valores particulares y de otra disminución menor en los valores de pH a mediados de 2005, el comportamiento del pH de la lluvia se mantiene fluctuante entre valores superiores y cercanos al pH normal de la lluvia.

Conductividad y pH de la Lluvia en Ibagué; Sede IDEAM, 2001-2006

0

20

40

60

80

oct-0

1

mar

-02

ago-

02

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03

jun-0

3

nov-

03

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4

sep-

04

feb-

05jul

-05

dic-0

5

may

-06

oct-0

6Co

nd

uct

ivid

ad (

uS

/cm

)

0

2

4

6

8

Conductividad pH Normal pH

Conductividad y Contenido de Nitratos de la Lluvia en Ibagué; Sede IDEAM, 2001-2006

0

10

20

30

40

50

60

70

80

oct-

01

feb-

02

jun-

02

oct-

02

feb-

03

jun-

03

oct-

03

feb-

04

jun-

04

oct-

04

feb-

05

jun-

05

oct-

05

feb-

06

jun-

06

oct-

06

Mes de Muestreo

Co

nd

uct

ivid

ad (

uS

/cm

)

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

5N

itra

tos

(NO

3 m

g/L

)

Conductividad Nitratos

Gráfica 4: Conductividad, pH y Nitratos de la Lluvia en Ibagué La línea amarilla representa el pH normal de la lluvia (5,65).

8

7

6

5

4

3

2

1

0

pH

37

5.2.4 BOGOTÁ Bogota, se encuentra ubicada en el extremo suroriental de la sabana del altiplano cundiboyasense, de clima frío y sobre suelos fértiles y relieves planos. Bogotá se constituye como el primer centro urbano, político y económico del país. La producción industrial representa alrededor de la cuarta parte del total nacional. Por otro lado, la infraestructura vial representa la más densa del país. Debido a las características anteriormente descritas, la influencia de la contaminación en la capital del país, le confiere una tendencia a que se produzca lluvia ácida. La conductividad, se comporta muy similarmente al contenido de nitratos (Gráfica 5) en las muestras analizadas para la ciudad, presentando una notoria disminución a lo largo del periodo, con valores entre 20 y 60 uS/cm, en los primeros 2 años de la serie, para continuar con una paulatina disminución en los últimos años, con valores entre 5 y 20 uS/cm.

Conductividad y pH de la Lluvia en Bogotá; Laboratorio IDEAM, 2001-2006

01020304050607080

ene-

01

may

-01

sep-

01

ene-

02

may

-02

sep-

02

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03

may

-03

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03

ene-

04

may

-04

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04

ene-

05

may

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sep-

05

ene-

06

may

-06

sep-

06

Mes de Muestreo

Co

nd

uct

ivid

ad

(uS

/cm

)

01234567

Nit

rato

s (N

O3

mg

/L)

Conductividad Eléctrica pH pH Normal

Conductividad y Contenido de Nitratos de la Lluvia en Bogotá; Laboratorio IDEAM, 2001-2006

01020304050607080

ene-

01

may

-01

sep-

01

ene-

02

may

-02

sep-

02

ene-

03

may

-03

sep-

03

ene-

04

may

-04

sep-

04

ene-

05

may

-05

sep-

05

ene-

06

may

-06

sep-

06

Mes de Muestreo

Co

nd

uct

ivid

ad

(uS

/cm

)

00,20,40,60,811,2

Nit

rato

s (N

O3

mg

/L)

Conductividad Eléctrica Nitratos

Gráfica 5: La conductividad, el pH y los Nitratos de la lluvia en Bogotá. La línea amarilla representa el pH normal de la lluvia (5,65).

pH

38

El pH por su parte, presenta un comportamiento que se mantiene relativamente constante a lo largo de la serie, presentado valores fluctuantes por encima y por debajo del pH normal de la lluvia, indicando una mayor preponderancia de lluvia con carácter ácido. Por otro lado, parece existir una notoria relación entre el régimen de precipitación para la ciudad y los valores más bajos de pH, que se presentan en los meses más lluviosos (abril-mayo y octubre-noviembre) lo que lleva a determinar que gran parte de los óxidos de azufre y nitrógeno son lavados constantemente durante las precipitaciones, disminuyendo así el pH.

5.2.5 CALI

Cali se encuentra ubicada hacia el occidente del país, sobre el territorio correspondiente al valle de dicho Río Cauca, más exactamente al suroccidente colombiano entre la Cordillera Central y el Océano Pacífico, con una topografía caracterizada principalmente por terrenos planos rodeados por la cordillera occidental. La economía del departamento depende principalmente de los servicios y la industria, además de actividades agropecuarias, las cuales en conjunto, aumentan la probabilidad de que se desarrolle el fenómeno lluvia ácida en la región. Las características físicas de la región influenciada por esta ciudad, unidas a las actividades económicas, le confieren al sitio de monitoreo de la química de la precipitación una importancia estratégica. Los valores de conductividad tienen una gran relación con los nitratos y sulfatos, pero principalmente con el aumento del contenido de sulfatos, que correlacionado con el pH, evidencia la disminución considerable de la acidez de la lluvia durante la serie. Los valores de la conductividad en algunos meses de los dos primeros años, presentan valores por encima de los 100 uS/cm, los cuales empiezan a tener un comportamiento con valores más bajos y por lo tanto más cercanos a lo esperado, el cual es constante durante los últimos años de muestreo.

Conductividad y pH de la Lluvia en Cali; Sede IDEAM, 2001-2006

0

50

100

150

200

ene-

01

jun-

01

nov-

01

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02

sep-

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feb-

03

jul-0

3

dic-

03

may

-04

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mar

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05

ene-

06

jun-

06

nov-

06

Co

nd

uct

ivid

ad

(uS

/cm

)

01234567

pH

Conductividad pH pH Normal

Gráfica 6: Conductividad y pH de la Lluvia en Cali La línea amarilla representa el pH normal de la lluvia (5,65).

39

El pH muestra valores que corresponden a la acidez de la lluvia reiterando así la presencia de lluvia ácida en la ciudad. Como se dijo anteriormente, los sulfatos son los valores que indican mejor representatividad de la realidad, ya que a medida que su contenido aumenta, disminuye el pH de las muestra entre 2002 y 2005.

Conductividad y Contenido de Sulfatos de la Lluvia en Cali; Sede IDEAM, 2001-2006

020406080

100120140160180200

ene-

01

jun-

01

nov-

01

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02

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02

feb-

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jul-0

3

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03

may

-04

oct-

04

mar

-05

ago-

05

ene-

06

jun-

06

nov-

06

Co

nd

uct

ivid

ad (

uS

/cm

)

0123456789

Su

lfat

os

(SO

4 m

g/L

)

Conductividad Sulfato

pH y Contenido de Nitratos de la Lluvia en Cali; Sede IDEAM, 2001-2006

0

1

2

3

4

5

6

7

ene-

01

may

-01

sep-

01

ene-

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may

-02

sep-

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03

may

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03

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may

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sep-

04

ene-

05

may

-05

sep-

05

ene-

06

may

-06

sep-

06

pH

00,511,522,533,544,55

Nit

rato

s (N

O3

mg

/L)

pH pH Normal Nitratos

Gráfica 7: Contenido de Sulfatos (Naranja) y Nitratos (Fucsia) de la lluvia en Cali y la Conductividad (azul) y el pH (verde).

40

5.2.6 NEIVA La ciudad de Neiva cuenta con un clima cálido-seco. Ubicada en el Departamento de Huila, que posee la mayor parte de la cuenca del Río Magdalena, de topografía plana a ondulada, se constituye como una importante región para el monitoreo de la química de la precipitación. Sin embargo, la región de influencia de la ciudad, posee una economía principalmente sustentada en los servicios y las actividades agropecuarias, razón por la cual, la preponderancia de contaminantes precursores de lluvia ácida no es muy significativa. En cuanto a los niveles de pH y conductividad, estos parecen tener un comportamiento relativamente constante entre 2001 y octubre de 2004 (ver Grafica 8). El periodo siguiente, que corresponde a octubre de 2004 y abril de 2006 es un periodo en donde se nota una clara relación entre la disminución del pH y el aumento de la conductividad, relación que parece ser la más clara de la serie; el periodo siguiente, muestra un comportamiento contrario, bien diferente al esperado, ya que el aumento de la conductividad no refleja una disminución del pH.

0

10

20

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ene-01

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ene-06

jun-06

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Mes de Muestreo

Conductividad (µS/cm)

0

1

2

3

4

5

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7

8

pH

Conductiv idad

pH

pH Normal

Gráfica 8: Conductividad y pH de la Lluvia en Neiva

Los niveles de pH por encima de 5,6 durante la mayor parte de la serie, unida a la baja probabilidad de influencia de óxidos de azufre y nitrógeno en Neiva, demuestran que en el sitio de muestreo (a excepción de un periodo) no fueron recolectadas muestras de lluvia ácida, por lo que se puede decir que la ciudad no está siendo afectada por el fenómeno. Sin embargo, los niveles de conductividad están por encima de los 20 µS/cm, con picos muy altos durante 2001 y mediados de 2004. Además, la reducción importante del pH y el aumento de la conductividad

41

durante finales de 2004 y el primer semestre de 2005, muestran una mayor probabilidad de acidificación de la lluvia en este periodo, situación que conlleva a pensar en errores en los datos de los demás periodos o en una mayor influencia de la contaminación durante el mismo.

5.2.7 BARRANCABERMEJA Barrancabermeja es una ciudad ubicada sobre la llanura del río Magdalena en el departamento de Santander, está asentada sobre un relieve plano a suavemente ondulado y con un clima cálido y húmedo. La ciudad posee la principal industria de refinería de petróleo y de fabricación de muchos de sus derivados en el país, razón por la que además, cuenta con una red vial importante. Los aspectos locales mencionados tienen influencia en el grado de contaminación atmosférica, que unida a las condiciones geográficas y climáticas, le confieren a la ciudad y sus alrededores, características especiales para convertirse en un lugar estratégico para el monitoreo de la química de la precipitación en Colombia. Sin embargo, y a pesar de la importancia de esta ciudad, se tiene registro de datos sólo en el periodo 2001-2003; de igual manera, no existen datos de nitratos y sulfatos, de los cuales estos últimos, podrían ser un indicador muy representativo de las emisiones generadas por la refinería. La correlación pH-conductividad encontrada para la ciudad, demuestra un comportamiento cercano al esperado, con dos picos anormales de la conductividad. Estos dos valores son considerablemente importantes y se presentan entre marzo y noviembre de 2002 (ver Gráfica 9). Con un comportamiento fluctuante de la conductividad, unido al aumento paulatino durante la serie, este parámetro se ve reflejado de una manera directa con el pH, esto si se tiene en cuenta el comportamiento inverso entre el pH y la conductividad. De igual manera, se puede observar que los datos de pH tienden a la acidez. El pH tiene un comportamiento relativamente fluctuante entre los rangos normales y de acidez de la lluvia, a excepción del primer y último periodo de muestreo, correspondientes a mayo y junio de 2001 y mayo y septiembre de 2003, con valores por encima de los valores intermedios. El comportamiento del pH no presenta aumentos considerables durante el periodo.

42

0

5

10

15

20

25

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Mes de muestreo

Conductividad (µS/cm)

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pH

Conductiv idad

pH

pH normal

Gráfica 9: Conductividad y pH de la Lluvia en Barrancabermeja; 2001 2003.

6. GLOSARIO Aerosoles: Constituyen una amplia gama de contaminantes formados por polvo grueso (mayor de 100 mm), polvo fino (menor de 100 mm de diámetro), vapores (0,001-1 mm) y neblinas (0,1-10 mm). Atmósfera: Componente vital del ambiente humano, que transmite y altera la energía solar que controla el clima; actúa como escudo protector contra los impactos de meteoritos y la radiación penetrante sustenta las diversas actividades bióticas. Cinética de reacción de una sustancia: Velocidad o rapidez con la que ocurren las reacciones químicas de una sustancia Contaminación, Contaminante: Cualquier especie agena a la composición del medio en el que se genera. Se refiere a aquellos agentes que por sus composición química pueden conducir a cualquier tipo de daño en el medio. Control de Calidad: Sistema compuesto por un sinnúmero de actividades cuyo propósito es medir y controlar un producto o servicio que reúna las necesidades de los usuarios El objetivo es proveer calidad que sea satisfactoria, adecuada, dependiente y económica del material de referencia Depositación Húmeda o seca: Es la masa o el material depositado desde la

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atmósfera a una determinada superficie en forma húmeda o seca por unidad de área.

Catalizador: Agente químico que actúa como iniciador o acelerador de las reacciones

Compuestos Orgánicos Volátiles (COV): emitidos como consecuencia de la combustión incompleta de combustibles líquidos (transporte), incineración de residuos y procesos industriales. Poseen una toxicidad variable y están implicados en la formación de la neblina de contaminación (aerosoles y smog fotoquímico).

Fotoquímica: Etapa en las reacciones en las cuales interfiere la luz del sol.

Lixiviación: Se refiere al proceso de lavar una sustancia por un líquido que disuelve sólo uno o más componentes de la misma.

Material Particulado: Tipo de partículas que son emitidas como elementos contaminantes y se manifiesta en forma sólida o como aerosol en la atmósfera

Nitratos y Sulfatos: Entre los parámetros de caracterización química de la lluvia se encuentran la conductividad, el pH, el contenido de nitratos y sulfatos. De los cuales, estos dos últimos se constituyen como los principales indicadores de intervención de óxidos de azufre y de nitrógeno en la calidad del aire, que son los principales precursores de la lluvia ácida.

Ozono, se refiere para el caso de la lluvia ácida, al ozono troposférico generado en las capas bajas de la atmósfera y que forma parte de las neblinas de contaminación. Es irritante y tóxico para el ser humano, también afecta de manera importante a materiales poliméricos al ser un fuerte oxidante.

pH: Medida de la acidez o basicidad de una solución. Se indica con una escala logarítmica cuyos valores usuales van de 0 a 14. El valor 7 corresponde al agua pura y las soluciones neutras.

Partículas: especies sólidas o líquidas en suspensión en el aire; su origen es muy diverso, originan efectos dañinos según su tamaño y naturaleza, tanto sobre las personas y seres vivos, como sobre los materiales (por ejemplo, el plomo procedente de las gasolinas).

Precipitación o Depositación ácida: incluye tipos húmedos y secos, y es analizada como química de la precipitación. Procedimientos Estandarizados de Operación: Grupo de procedimientos escritos para la implementación de métodos de operación, análisis, o cualquier actividad cuya técnica y procedimiento se realiza a través de un método prescrito y aceptado para realizar cierto tipo de funciones de rutina