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UNIDAD 10UNIDAD 10
Impactos en la atmósfera
La contaminación en la atmósfera
Según la ley de Protección del Ambiente Atmosférico, la contaminación atmosférica se
define como:
“La presencia en el aire de materias o energías que impliquen riesgo, daño o
molestia para las personas y bienes de cualquier naturaleza”
2
Según esta definición, consideraremos que la atmósfera está
contaminada cuando existan sustancias o energías, bien ajenas a la
atmósfera, o bien naturales pero en una elevada concentración.
La atmósfera dispone de mecanismos para difundir o
dispersar o eliminar los contaminantes, pero su capacidad
es limitada. Cuando se superan estos límites aparecen
situaciones preocupantes:
• Calentamiento global
• Incremento rápido del efecto invernadero
• Destrucción de la capa de ozono
• Lluvias ácidas
3
La contaminación atmosférica es un proceso que se ha agravado
últimamente, pero no es nuevo:
• En el siglo XIII, en Londres, la población comenzó a quejarse de la excesiva
cantidad de polvo de carbón y de hollín en el aire. Se llegó a prohibir el uso
del carbón de piedra.
• En Talavera (Toledo), en 1600 , ya se impusieron medidas para evitar la
contaminación producida por los hornos de cerámica.
• A partir de la revolución industrial, los episodios de contaminación son más
numerosos. Los más famosos del pasado siglo sucedieron en Meuse Valley,
Bélgica; Donora, Pensilvania; y Londres, Inglaterra.
• La peor contaminación ocurrió en Londres, cuando una densa nube de aire
contaminado (el “smog”, combinación de humo y niebla) se formó sobre la
ciudad en diciembre de 1952, y permaneció hasta marzo de 1953. En sólo una
semana fallecieron más de 4.000 personas, y más de 8.000 personas
fallecieron a lo largo de seis meses.
4
"No había cuerpos en las calles (...) pero las empresas fúnebres se quedaron sin ataúdes y las
floristerías sin flores", dijo el doctor Robert Waller, que trabajaba en el hospital St. Batholomew's.
El fenómeno se extendió durante cuatro días.
El «smog» se introdujo en todas partes, la ópera La Traviata fue interrumpida en el primer acto en
el teatro Sadler's Wells, se caminaba a ciegas por los pasillos de los hospitales y las escuelas
cerraron las aulas.
También se vio afectado el servicio de trenes y fueron cerrados los aeropuertos.
El anterior alcalde de la ciudad, Ken Livingstone, recordó la "buena noticia" de que no tenía que
acudir a clases. "La neblina era tan gruesa que se recomendó a los mayores que no se arriesgaran a
perder los niños", agregó. "Mis padres salían a la calle con el rostro cubierto por un pañuelo".
Tras los sucesos de 1952, el gobierno alentó la eliminación del carbón como combustible para la
calefacción. Actualmente, el aire de Londres es controlado de forma permanente gracias a 80
estaciones de monitoreo repartidas por la capital.
Los expertos aseguran que la principal lucha actualmente es contra las emisiones de los
automóviles.
Fuente: BBC, 6 de diciembre de 2002
5
6
Fuentes de contaminación
Los contaminantes presentes en la atmósfera proceden de dos tipos de
fuentes emisoras bien diferenciadas: las naturales y las antropogénicas.
En el primer caso la presencia de contaminantes se debe a causas
naturales, mientras que en el segundo tiene su origen en las actividades
humanas.
7
Fuentes de contaminación natural
Se deben a procesos geológicos, biológicos, de la hidrosfera o atmosféricos.
Geológicos: Erupciones volcánicas (SO2, CO2,
H2S, cenizas….)
Emisiones de gases del suelo: CH4, NO, …
8
Fuentes de contaminación natural
Biológicos:
•Respiración de los seres vivos
•Fermentaciones
•Incendios forestales
•Polinización vegetal
9
Fuentes de contaminación natural
Atmosféricas:
Descargas eléctricas en las
tormentas que liberan
óxidos de nitrógeno
Hidrosfera:
Liberación de gases en los
océanos: CO, CO2, CH4
10
Hidrosfera:
Liberación de gases en los
océanos: CO, CO2, CH4
Contaminantes Naturales del Aire
Fuente Contaminantes
Volcanes Óxidos de azufre, partículas
Fuegos forestales Monóxido de carbono, dióxido de carbono,
óxidos de nitrógeno, partículas
Vendavales Polvo
Plantas (vivas) Hidrocarburos, polen
Plantas (en descomposición) Metano, sulfuro de hidrógeno
Suelo Virus, polvo
Mar Partículas de sal
11
Fuentes artificiales o antropogénicas
Procede de las distintas actividades humanas. Destaca especialmente la
quema de combustibles fósiles y sus derivados, bien en la industria como en
centrales térmicas o siderometalúrgicas, en el transporte o en el uso
doméstico.
Otras fuentes antrópicas son debidas a las actividades agrícolas y ganaderas,
como la quema de bosques para aumentar el suelo agrícola, la quema de
rastrojos, la emisión de gases por los fertilizantes (N2), por el ganado (CH4
producido en el tubo digestivo). Una fuente de emisión que está creciendo es
la incineración de residuos sólidos, esta práctica si no se realiza de manera
adecuada puede producir emisiones de N2, CO2, NO, SO3, dioxinas, etc.
12
Incineración de residuos
Siderurgia
Tráfico
Quema de rastrojos
Refinerías de petróleo
Agricultura y ganadería
13
Focos de emisión
Contaminante Antropogénicos
%
Naturales
%
Aerosoles 11.3 88.7
SOx 42.9 57.1
CO 9.4 90.6
NO 11.3 88.7
Hidrocarburos 15.5 84.5
14
Procesos industriales
Focos fijos
Industriales
Instalaciones fijas de combustión
Domésticos Instalaciones de calefacción
Focos móviles
Vehículos automóviles
Aeronaves
Buques
Focos compuestos
Aglomeraciones industriales
Áreas urbanas
15
El conjunto de contaminantes generados en estos procesos tiene menor
volumen que los contaminantes naturales, pero los efectos producidos son
perores en el caso de los contaminantes artificiales debido a su mayor
reactividad.
El tiempo que un contaminante permanece en la atmosfera se llama tiempo
de residencia y depende del tipo de contaminante y de las condiciones
atmosféricas (lluvia, viento, inversiones térmicas…).
Tiempo de
residencia
Gases: Depende de su capacidad reactiva
Partículas: Depende de su tamaño
Unidades
de medida
Gases: ppm, ppb, cm3
/m3
de aire
Partículas: μg o mg/m3
de aire
16
La cantidad máxima de contaminación está regulada por la legislación ambiental de cada
país, que establece unas concentraciones de referencia por encima de las cuales se
considera que existe contaminación atmosférica y hay que tomar las medidas adecuadas.
Contaminante Período de referencia Valor límite Observaciones
Partículas (PM10)*
Anual 30 µg/m3
24 horas 50 µg/m3
Se podrá sobrepasar
25 días al año
Dióxido de azufre
1 hora 350 µg/m3
Se podrá sobrepasar 24
horas al año.
24 horas 125 µg/m3
Se podrá sobrepasar
3 días al año
Dióxido de nitrógeno
1 hora 200 µg/m3
Se podrá sobrepasar
8 horas al año
Anual 40 µg/m3
Plomo Anual 0.5 µg/m3
17
* PM10 son partículas sólidas o líquidas de polvo, cenizas, hollín, partículas metálicas, cemento o polen, dispersas
en la atmósfera, y cuyo diámetro es menor que 10 µm.
18
Tipos de contaminantes
Se pueden hacer distintas clasificaciones:
Radiaciones ionizantes
Radiaciones no ionizantes
Contaminación sonora
Gases
Partículas
Olores
Sustancias
químicas
Formas de
energía
Según la
naturaleza del
contaminante
19
Tipos de contaminantes
Inocuos
Nocivos
Según la Toxicidad del contaminante:
Se producen como
consecuencia de reacciones
químicas y fotoquímicas de los
contaminantes en la atmósfera
Secundarios
Primarios
Según la Procedencia
del contaminante:
Son sustancias vertidas
directamente a la atmósfera
desde los focos contaminantes
20
Contaminantes primarios
Proceden directamente de la fuente de emisión y se encuentran tal y como
fueron emitidos.
Sus fuentes son perfectamente identificables y en conjunto supone el 90% de
los contaminantes del aire.
Su naturaleza física y su
composición química es muy
variada, si bien podemos
agruparlos atendiendo a su
peculiaridad más característica
tal como su estado físico (caso
de partículas y metales), o
elemento químico común
(caso de los contaminantes
gaseosos).
21
Entre los contaminantes atmosféricos más frecuentes que causan alteraciones en la atmósfera se
encuentran:
• Aerosoles (en los que se incluyen las partículas sedimentables , en suspensión y los
humos).
• Óxidos de azufre, SOx.
• Monóxido de carbono, CO.
• Óxidos de nitrógeno, NOx.
• Hidrocarburos, Hn Cm.
• Ozono, O3.
• Anhídrido carbónico, CO2.
Además de estas sustancias, en la atmósfera se encuentran una serie de contaminantes que se
presentan más raramente, pero que pueden producir efectos negativos sobre determinadas zonas
por ser su emisión a la atmósfera muy localizada. Entre otros, destacan los siguientes:
• Otros derivados del azufre.
• Halógenos y sus derivados.
• Arsénico y sus derivados.
• Compuestos orgánicos.
• Partículas de metales pesados y ligeros, como el plomo, mercurio, cobre, zinc, etc.
• Partículas de sustancias minerales, como el amianto y los asbestos.
• Sustancias radiactivas.
22
• Dada su presencia natural en la atmósfera y su falta de
toxicidad, no deberíamos considerarlo una sustancia que
contamina, pero se dan dos circunstancias que lo hacen un
contaminante de gran importancia en la actualidad:
– Es un gas que retiene rayos infrarrojos y produce el
incremento del efecto invernadero; y
– Su concentración está aumentando en los últimos
decenios por la quema de los combustibles fósiles y de
grandes extensiones de bosques.
CO2
23
• Alrededor del 90% del que existe en la atmósfera se forma
de manera natural, en la oxidación de metano (CH4
) por
reacciones fotoquímicas. Se va eliminando por su oxidación
a CO2
.
• La actividad humana lo genera en grandes cantidades
siendo, después del CO2
, el contaminante emitido en mayor
cantidad a la atmósfera por causas no naturales. Procede,
principalmente, de la combustión incompleta de la gasolina
y el gasoil en los motores de los vehículos.
CO
24
SOx
SO2
Incluyen el dióxido de azufre (SO2
) y el trióxido
de azufre (SO3
).
Su vida media en la atmósfera es corta, de unos
2 a 4 días. Casi la mitad vuelve a depositarse en
la superficie, húmedo o seco, y el resto se
convierte en iones sulfato (SO4
2-
).
25
SO3
En presencia de agua reacciona violentamente
dando lugar a la formación de ácido sulfúrico,
haciendo que sea altamente corrosivo.
NOx
(conjunto de NO y NO2
)
•Muy importante en la formación del smog fotoquímico, del nitrato de peroxiacetilo (PAN)
e influye en las reacciones de formación y destrucción del ozono, tanto troposférico como
estratosférico, así como en el fenómeno de la lluvia ácida. En concentraciones altas
produce daños a la salud y a las plantas, corroe tejidos y materiales diversos.
•Las actividades humanas que los producen son, principalmente, las combustiones
realizadas a altas temperaturas. Más de la mitad de los gases de este grupo emitidos en
España proceden del transporte.
Óxido nitroso (N2
O)
•En la troposfera es inerte y su vida media es de unos 170 años. Va desapareciendo en la
estratosfera en reacciones fotoquímicas que pueden tener influencia en la destrucción de
la capa de ozono. También produce aumento del efecto invernadero.
•Procede fundamentalmente de emisiones naturales (procesos microbiológicos en el suelo
y en los océanos) y, en menor medida, de actividades agrícolas y ganaderas (alrededor del
10% del total).
Oxidos de nitrógeno (NOx)
26
• Es un contaminante primario que se forma de manera natural.
• Desaparece de la atmósfera a consecuencia, principalmente, de reaccionar con
los radicales OH formando, entre otros compuestos, ozono. Su vida media en la
troposfera es de entre 5 y 10 años. Contribuye al efecto invernadero.
Metano (CH4
)
Otros hidrocarburos
• En la atmósfera están presentes muchos otros hidrocarburos, principalmente
procedentes de fenómenos naturales, pero también originados por
actividades humanas, sobre todo las relacionadas con la extracción, el refino y
el uso del petróleo y sus derivados.
• Sus efectos sobre la salud son variables. Algunos no parece que causen ningún
daño, pero otros afectan al sistema respiratorio y podrían causar cáncer, como
p. ej. el benceno.
• Intervienen de forma importante en las reacciones que originan el "smog"
fotoquímico.
27
Moléculas orgánicas formadas por átomos de Cl y F unidos a C. Por
ejemplo CCl3F (Freón-11) o CCl2F2 (Freón-12). Se han utilizado mucho
en los "sprays", frigoríficos, etc.
Son los principales responsables de la destrucción de la capa de
ozono, mediante las siguientes reacciones:
Clorofluorocarburos (CFC)
28
• En la atmósfera permanecen suspendidas sustancias muy distintas, como
partículas de polvo, polen, hollín (carbón) y metales (plomo, cadmio).
Partículas y aerosoles
• Se suele usar la palabra aerosol para referirse a los materiales
muy pequeños, sólidos o líquidos.
• Con el término partículas se suele denominar a los sólidos
que forman parte del aerosol.
• Se suele llamar polvo a la materia sólida de tamaño un poco
mayor (de 20 micrómetros o más) que las partículas.
29
Contaminantes secundarios
• Se generan a partir de los
primarios al reaccionar entre sí o
con la radiación solar o el vapor
de agua.
• No provienen directamente de
los focos emisores y poseen un
gran poder oxidante.
• Son los responsables de la
denominada contaminación
fotoquímica.
30
• El ozono que se encuentra en la troposfera, junto a la superficie de la Tierra,
es un importante contaminante secundario. El que se encuentra en la zona
más cercana a la superficie se forma por reacciones inducidas por la luz solar
en las que participan, principalmente, los óxidos de nitrógeno y los
hidrocarburos presentes en el aire (COV). Es el componente más perjudicial
del smog fotoquímico y causa daños importantes a la salud, cuando está en
concentraciones altas, y frena el crecimiento de las plantas y los árboles.
Ozono troposférico
31
• En España, como en otros países mediterráneos, durante el verano se dan
condiciones meteorológicas favorables para la formación de ozono: altas
temperaturas, cielos despejados, elevada insolación y vientos flojos.
32
• Las dioxinas son compuestos químicos obtenidos a partir de procesos
de combustión que implican al cloro. El término se aplica
indistintamente a las policlorodibenzofuranos (PCDF) y las
policlorodibenzodioxinas (PCDD).
• Son estables químicamente, poco biodegradables y muy solubles en
las grasas, tendiendo a acumularse en suelos, sedimentos y tejidos
orgánicos, pudiendo penetrar en la cadena alimentaria. Posible efecto
cancerígeno.
• Las dioxinas y los furanos se producen principalmente de dos
maneras:
1. En el proceso de fabricación de algunos pesticidas, conservantes,
desinfectantes o componentes del papel.
2. Cuando se queman a bajas temperaturas materiales como algunos
productos químicos, gasolina con plomo, plástico, papel o madera.
Dioxinas
Dispersión de los contaminantes
Hay que distinguir:
•EMISIÓN: Cantidad de contaminantes que vierte un foco emisor en un periodo
de tiempo determinado. Se mide a la salida del foco emisor.
•INMISIÓN: Cantidad de contaminantes presentes en una atmosfera
determinada, una vez transportados, difundidos, y mezclados en ella y a la que
están expuestos los seres vivos y los materiales que se encuentran bajo su
influencia.
Emisiones
Inmisiones
34
Dispersión de los contaminantes
1. La mayor parte de los
contaminantes se difunden en la
parte baja de la troposfera, donde
interactúan entre sí y con los
demás compuestos presentes,
antes de su deposición.
2. Otros ascienden a alturas
considerables y son transportados
hasta lugares muy alejados del
foco emisor.
3. Un tercer grupo, más reducido,
puede llegar a traspasar la
tropopausa e introducirse en la
estratosfera.
1 32
35
Dispersión de los contaminantes
Los contaminantes que se difunden en la parte baja de la troposfera presentan un
ciclo de emisión-deposición que se puede resumir en tres etapas:
1. Mezcla de contaminantes. Una vez emitidos los compuestos químicos
(contaminantes primarios), se mezclan en los primeros kilómetros de la
troposfera, donde se desplazan libremente, se incorporación a las masas
circulantes de aire y se distribuyen de forma homogénea, lo que favorece las
transformaciones químicas.
2. Procesos químicos y fotoquímicos. En estos procesos participan los con-
taminantes que pueden generar nuevos compuestos (contaminantes
secundarios), cuyas propiedades son, por lo general, muy diferentes de las de
sus precursores.
3. Deposición. Los contaminantes, transformados o no, retornan a la superficie
terrestre, donde se incorporan a los océanos y al suelo.
36
En general, se considera que en las áreas continentales se
encuentran los focos emisores, mientras que los océanos, por
su extensión, son los principales depósitos de retorno.
Este retorno sucede por deposición húmeda (los
contaminantes retornan a través de la lluvia, la nieve, la niebla o
el rocío) o, en menor medida, por deposición seca (debida a
fenómenos gravitacionales y de adsorción).
Dispersión de los contaminantes
37
Transporte
Industrias
Medio Urbano
Emisión
Mezcla
Transporte
Sol Vapor de
agua
Transformación
Deposición
Seca Húmeda
InmisiónInmisión
Dispersión de los contaminantes
38
Si los niveles de inmisión no son los adecuados, disminuye la calidad del
aire y se originan efectos negativos en los receptores:
• Seres humanos
• Animales
• Vegetales
• Hongos
Estos niveles de inmisión van a depender de una serie de factores:
• Condiciones meteorológicas y climáticas
• Características geográficas y topográficas
• Características de las emisiones
39
Condiciones meteorológicas y climáticas
Estratificación del aire
Temperatura ºC
Altitud(m)
GVT
GAS
Temperatura ºC
Altitud(m)
GVT
GAS
Temperatura ºC
Altitud(m)
GVT
GAS
GVT < GAS GVT > GAS GVT = GAS
Estable Inestable Indiferente
La Tª del aire contaminado
es inferior a la del aire que
le rodea. Es más densa, no
puede subir, e incluso baja
La Tª del aire contaminado es
superior a la del aire que le rodea.
Se favorecen los movimientos
verticales y la dispersión de los
contaminantes
Las Tª son similares y su
variación con la altura es la
misma. No se favorece
ningún movimiento
40
Condiciones meteorológicas y climáticas
Inversiones
Son situaciones en las que se impide la circulación vertical del aire y por lo
tanto los contaminantes se acumulan en las capas inferiores de la
atmósfera. Hay varios tipos:
• Inversiones térmicas.
• Inversiones de subsidencia.
• Inversiones frontales o adventicias.
41
Condiciones meteorológicas y climáticas
Inversiones térmicas
Normalmente, el aire caliente de la superficie terrestre asciende y el aire de
la parte superior de la atmósfera —más frío— cae, con lo cual se crea una
circulación natural que dispersa los contaminantes superficiales del aire.
Una inversión ocurre cuando las capas de aire de la atmósfera inferior son
más frías que las superiores. La circulación natural sufre una interrupción y,
tanto el aire superficial acumulado como los contaminantes del aire, se
concentran alrededor de sus fuentes.
42
El humo de las calefacciones o chimeneas no puede ascender debido a la
inversión térmica.
43
Inversiones de subsidencia
La inversión por subsidencia generalmente está asociada con los anticiclones.
El aire de un anticiclón desciende y fluye hacia afuera con una rotación que
sigue la dirección de las agujas del reloj. A medida que el aire desciende, la
mayor presión existente en altitudes menores lo comprime y calienta en el
gradiente vertical adiabático seco.
44
Inversiones de subsidencia
Los días despejados y sin nubes
característicos de los anticiclones
propician las inversiones por
radiación, de modo que se puede
producir una inversión superficial
durante la noche y una elevada
durante el día. Si bien la capa de
mezcla que se encuentra debajo
de la inversión puede variar
diariamente, nunca será muy
profunda.
Durante el día, la capa de inversión resultante de este proceso con
frecuencia se eleva a cientos de metros sobre la superficie.
Durante la noche, la base de una inversión por subsidencia desciende
debido al enfriamiento del aire superficial.
45
Inversiones adventicias o frontales
Inversión relacionada tanto con los frentes fríos como con los cálidos. En el avance de cada
frente, el aire cálido desplaza al frío, de modo que se produce una circulación vertical mínima
en la capa de aire frío más cercana a la superficie .
La fuerza de la inversión depende de
la diferencia de temperatura entre
las dos masas de aire.
Como los frentes se mueven
horizontalmente, los efectos de la
inversión generalmente duran poco
y la falta de movimiento vertical
suele compensarse con los vientos
relacionados con el paso frontal.
Sin embargo, cuando los frentes se
vuelven estacionarios, las
condiciones de inversión pueden
prolongarse.
46
Vientos
Tienen una gran importancia en la dispersión de los
contaminantes en función de sus características:
•Dirección
•Velocidad
•Turbulencias
El viento aleja los contaminantes
de la zona de emisión
Viento
47
Humedad relativa del aire
La humedad favorece la acumulación de contaminantes, y en
determinados casos, SO2, SO3, NO2, pueden reaccionar y formar
ácidos corrosivos: las llamadas LLUVIAS ÁCIDAS.
48
Precipitaciones
Tienen un efecto de lavado,
arrastrando contaminantes hacia el
suelo. También pueden ayudar a
disolver algunos gases.
Insolación
Favorece la formación de contaminantes secundarios mediante
reacciones de oxidación fotoquímica.
49
Factores topográficos y geográficos
La topografía influye mucho sobre los movimientos atmosféricos y por lo
tanto en la dispersión de los contaminantes.
a) Zonas costeras
b) Valles fluviales y laderas
c) Zonas urbanas
d) Presencia de masas vegetales
50
Zonas costeras
Se originan brisas durante el
día (A) que transportan los
contaminantes tierra adentro
y por la noche (B) sucede al
revés.
Por otra parte, el aire está
cargado de la humedad del
mar y puede favorecer la
acumulación de
contaminantes.
51
Zonas de valles fluviales y laderas
Se generan brisas de valle y montaña.
Durante el día se calientan las laderas y se generan corrientes ascendentes,
mientras que en el fondo del valle queda el aire frío y contaminado
Durante la noche el aire frío desciende por las laderas, y se acumula en el
fondo del valle, llegando a la misma situación anterior.
Además las propias laderas dificultan el movimiento del aire y por lo tanto la
dispersión de los contaminantes
52
Zonas urbanas
Los edificios frenan los movimientos del aire y crean turbulencias. Las propias
actividades urbanas (industria, tráfico, calefacciones,…) generan calor y se crea
un microclima denominado isla de calor. En la periferia de la ciudad, la
temperatura es más fría.
Este fenómeno favorece la formación de brisas urbanas debido al ascenso del aire
en el centro de la ciudad, cuyo hueco es ocupado por el aire frío procedente de la
periferia.
Se dificulta la dispersión de los contaminantes, formando las cúpulas (“boinas”) de
contaminación, que se ven incrementadas en situaciones anticiclónicas y que
pueden ser dispersadas por efecto de las lluvias y los vientos.
Los contaminantes, por otra parte pueden actuar como núcleos de condensación y
provocar la formación de tormentas, más frecuentes que en los alrededores de la
ciudad.
53
54
La “isla de calor” urbana
Cúpula («Boina») de contaminación sobre Madrid
Movimiento del aire en una “isla de calor”
55
Presencia de masas vegetales
Frenan la velocidad del viento y facilitan la deposición de los
contaminantes, que quedan retenidos en las hojas.
Además, la vegetación absorbe CO2 (actúa como sumidero)
Un kilómetro cuadrado de bosque genera unas 1.000 toneladas de
oxígeno anuales, requiriendo el doble de superficie una plantación de
césped para conseguir el mismo efecto.
También son fijados por la vegetación los óxidos de azufre,
oxigenándose el SO2, dando lugar a sulfatos. El plomo se acumula sin
transformarse en las plantas, eliminándolo de la atmósfera. Además
acumulan entre las hojas, polvo y partículas en suspensión gracias a
fenómenos electrostáticos y a la presencia de aceites.
56
Características de las emisiones
Depende de la naturaleza de los contaminantes:
o Gas.
o Partículas. Se depositan con mayor facilidad.
También depende de otros factores, como:
o Temperatura de emisión. Si es mayor que la del aire del medio,
el gas asciende y se dispersa más fácilmente.
o Velocidad de emisión. Si sale a más velocidad, puede romper
las capas de inversión.
o Altura del foco emisor. A mayor altura (p. ej. las chimeneas),
mayor probabilidad de atravesar las capas de inversión y mayor
facilidad de dispersión del contaminante.
57

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  • 1. UNIDAD 10UNIDAD 10 Impactos en la atmósfera
  • 2. La contaminación en la atmósfera Según la ley de Protección del Ambiente Atmosférico, la contaminación atmosférica se define como: “La presencia en el aire de materias o energías que impliquen riesgo, daño o molestia para las personas y bienes de cualquier naturaleza” 2
  • 3. Según esta definición, consideraremos que la atmósfera está contaminada cuando existan sustancias o energías, bien ajenas a la atmósfera, o bien naturales pero en una elevada concentración. La atmósfera dispone de mecanismos para difundir o dispersar o eliminar los contaminantes, pero su capacidad es limitada. Cuando se superan estos límites aparecen situaciones preocupantes: • Calentamiento global • Incremento rápido del efecto invernadero • Destrucción de la capa de ozono • Lluvias ácidas 3
  • 4. La contaminación atmosférica es un proceso que se ha agravado últimamente, pero no es nuevo: • En el siglo XIII, en Londres, la población comenzó a quejarse de la excesiva cantidad de polvo de carbón y de hollín en el aire. Se llegó a prohibir el uso del carbón de piedra. • En Talavera (Toledo), en 1600 , ya se impusieron medidas para evitar la contaminación producida por los hornos de cerámica. • A partir de la revolución industrial, los episodios de contaminación son más numerosos. Los más famosos del pasado siglo sucedieron en Meuse Valley, Bélgica; Donora, Pensilvania; y Londres, Inglaterra. • La peor contaminación ocurrió en Londres, cuando una densa nube de aire contaminado (el “smog”, combinación de humo y niebla) se formó sobre la ciudad en diciembre de 1952, y permaneció hasta marzo de 1953. En sólo una semana fallecieron más de 4.000 personas, y más de 8.000 personas fallecieron a lo largo de seis meses. 4
  • 5. "No había cuerpos en las calles (...) pero las empresas fúnebres se quedaron sin ataúdes y las floristerías sin flores", dijo el doctor Robert Waller, que trabajaba en el hospital St. Batholomew's. El fenómeno se extendió durante cuatro días. El «smog» se introdujo en todas partes, la ópera La Traviata fue interrumpida en el primer acto en el teatro Sadler's Wells, se caminaba a ciegas por los pasillos de los hospitales y las escuelas cerraron las aulas. También se vio afectado el servicio de trenes y fueron cerrados los aeropuertos. El anterior alcalde de la ciudad, Ken Livingstone, recordó la "buena noticia" de que no tenía que acudir a clases. "La neblina era tan gruesa que se recomendó a los mayores que no se arriesgaran a perder los niños", agregó. "Mis padres salían a la calle con el rostro cubierto por un pañuelo". Tras los sucesos de 1952, el gobierno alentó la eliminación del carbón como combustible para la calefacción. Actualmente, el aire de Londres es controlado de forma permanente gracias a 80 estaciones de monitoreo repartidas por la capital. Los expertos aseguran que la principal lucha actualmente es contra las emisiones de los automóviles. Fuente: BBC, 6 de diciembre de 2002 5
  • 6. 6
  • 7. Fuentes de contaminación Los contaminantes presentes en la atmósfera proceden de dos tipos de fuentes emisoras bien diferenciadas: las naturales y las antropogénicas. En el primer caso la presencia de contaminantes se debe a causas naturales, mientras que en el segundo tiene su origen en las actividades humanas. 7
  • 8. Fuentes de contaminación natural Se deben a procesos geológicos, biológicos, de la hidrosfera o atmosféricos. Geológicos: Erupciones volcánicas (SO2, CO2, H2S, cenizas….) Emisiones de gases del suelo: CH4, NO, … 8
  • 9. Fuentes de contaminación natural Biológicos: •Respiración de los seres vivos •Fermentaciones •Incendios forestales •Polinización vegetal 9
  • 10. Fuentes de contaminación natural Atmosféricas: Descargas eléctricas en las tormentas que liberan óxidos de nitrógeno Hidrosfera: Liberación de gases en los océanos: CO, CO2, CH4 10 Hidrosfera: Liberación de gases en los océanos: CO, CO2, CH4
  • 11. Contaminantes Naturales del Aire Fuente Contaminantes Volcanes Óxidos de azufre, partículas Fuegos forestales Monóxido de carbono, dióxido de carbono, óxidos de nitrógeno, partículas Vendavales Polvo Plantas (vivas) Hidrocarburos, polen Plantas (en descomposición) Metano, sulfuro de hidrógeno Suelo Virus, polvo Mar Partículas de sal 11
  • 12. Fuentes artificiales o antropogénicas Procede de las distintas actividades humanas. Destaca especialmente la quema de combustibles fósiles y sus derivados, bien en la industria como en centrales térmicas o siderometalúrgicas, en el transporte o en el uso doméstico. Otras fuentes antrópicas son debidas a las actividades agrícolas y ganaderas, como la quema de bosques para aumentar el suelo agrícola, la quema de rastrojos, la emisión de gases por los fertilizantes (N2), por el ganado (CH4 producido en el tubo digestivo). Una fuente de emisión que está creciendo es la incineración de residuos sólidos, esta práctica si no se realiza de manera adecuada puede producir emisiones de N2, CO2, NO, SO3, dioxinas, etc. 12
  • 13. Incineración de residuos Siderurgia Tráfico Quema de rastrojos Refinerías de petróleo Agricultura y ganadería 13
  • 14. Focos de emisión Contaminante Antropogénicos % Naturales % Aerosoles 11.3 88.7 SOx 42.9 57.1 CO 9.4 90.6 NO 11.3 88.7 Hidrocarburos 15.5 84.5 14
  • 15. Procesos industriales Focos fijos Industriales Instalaciones fijas de combustión Domésticos Instalaciones de calefacción Focos móviles Vehículos automóviles Aeronaves Buques Focos compuestos Aglomeraciones industriales Áreas urbanas 15
  • 16. El conjunto de contaminantes generados en estos procesos tiene menor volumen que los contaminantes naturales, pero los efectos producidos son perores en el caso de los contaminantes artificiales debido a su mayor reactividad. El tiempo que un contaminante permanece en la atmosfera se llama tiempo de residencia y depende del tipo de contaminante y de las condiciones atmosféricas (lluvia, viento, inversiones térmicas…). Tiempo de residencia Gases: Depende de su capacidad reactiva Partículas: Depende de su tamaño Unidades de medida Gases: ppm, ppb, cm3 /m3 de aire Partículas: μg o mg/m3 de aire 16
  • 17. La cantidad máxima de contaminación está regulada por la legislación ambiental de cada país, que establece unas concentraciones de referencia por encima de las cuales se considera que existe contaminación atmosférica y hay que tomar las medidas adecuadas. Contaminante Período de referencia Valor límite Observaciones Partículas (PM10)* Anual 30 µg/m3 24 horas 50 µg/m3 Se podrá sobrepasar 25 días al año Dióxido de azufre 1 hora 350 µg/m3 Se podrá sobrepasar 24 horas al año. 24 horas 125 µg/m3 Se podrá sobrepasar 3 días al año Dióxido de nitrógeno 1 hora 200 µg/m3 Se podrá sobrepasar 8 horas al año Anual 40 µg/m3 Plomo Anual 0.5 µg/m3 17 * PM10 son partículas sólidas o líquidas de polvo, cenizas, hollín, partículas metálicas, cemento o polen, dispersas en la atmósfera, y cuyo diámetro es menor que 10 µm.
  • 18. 18
  • 19. Tipos de contaminantes Se pueden hacer distintas clasificaciones: Radiaciones ionizantes Radiaciones no ionizantes Contaminación sonora Gases Partículas Olores Sustancias químicas Formas de energía Según la naturaleza del contaminante 19
  • 20. Tipos de contaminantes Inocuos Nocivos Según la Toxicidad del contaminante: Se producen como consecuencia de reacciones químicas y fotoquímicas de los contaminantes en la atmósfera Secundarios Primarios Según la Procedencia del contaminante: Son sustancias vertidas directamente a la atmósfera desde los focos contaminantes 20
  • 21. Contaminantes primarios Proceden directamente de la fuente de emisión y se encuentran tal y como fueron emitidos. Sus fuentes son perfectamente identificables y en conjunto supone el 90% de los contaminantes del aire. Su naturaleza física y su composición química es muy variada, si bien podemos agruparlos atendiendo a su peculiaridad más característica tal como su estado físico (caso de partículas y metales), o elemento químico común (caso de los contaminantes gaseosos). 21
  • 22. Entre los contaminantes atmosféricos más frecuentes que causan alteraciones en la atmósfera se encuentran: • Aerosoles (en los que se incluyen las partículas sedimentables , en suspensión y los humos). • Óxidos de azufre, SOx. • Monóxido de carbono, CO. • Óxidos de nitrógeno, NOx. • Hidrocarburos, Hn Cm. • Ozono, O3. • Anhídrido carbónico, CO2. Además de estas sustancias, en la atmósfera se encuentran una serie de contaminantes que se presentan más raramente, pero que pueden producir efectos negativos sobre determinadas zonas por ser su emisión a la atmósfera muy localizada. Entre otros, destacan los siguientes: • Otros derivados del azufre. • Halógenos y sus derivados. • Arsénico y sus derivados. • Compuestos orgánicos. • Partículas de metales pesados y ligeros, como el plomo, mercurio, cobre, zinc, etc. • Partículas de sustancias minerales, como el amianto y los asbestos. • Sustancias radiactivas. 22
  • 23. • Dada su presencia natural en la atmósfera y su falta de toxicidad, no deberíamos considerarlo una sustancia que contamina, pero se dan dos circunstancias que lo hacen un contaminante de gran importancia en la actualidad: – Es un gas que retiene rayos infrarrojos y produce el incremento del efecto invernadero; y – Su concentración está aumentando en los últimos decenios por la quema de los combustibles fósiles y de grandes extensiones de bosques. CO2 23
  • 24. • Alrededor del 90% del que existe en la atmósfera se forma de manera natural, en la oxidación de metano (CH4 ) por reacciones fotoquímicas. Se va eliminando por su oxidación a CO2 . • La actividad humana lo genera en grandes cantidades siendo, después del CO2 , el contaminante emitido en mayor cantidad a la atmósfera por causas no naturales. Procede, principalmente, de la combustión incompleta de la gasolina y el gasoil en los motores de los vehículos. CO 24
  • 25. SOx SO2 Incluyen el dióxido de azufre (SO2 ) y el trióxido de azufre (SO3 ). Su vida media en la atmósfera es corta, de unos 2 a 4 días. Casi la mitad vuelve a depositarse en la superficie, húmedo o seco, y el resto se convierte en iones sulfato (SO4 2- ). 25 SO3 En presencia de agua reacciona violentamente dando lugar a la formación de ácido sulfúrico, haciendo que sea altamente corrosivo.
  • 26. NOx (conjunto de NO y NO2 ) •Muy importante en la formación del smog fotoquímico, del nitrato de peroxiacetilo (PAN) e influye en las reacciones de formación y destrucción del ozono, tanto troposférico como estratosférico, así como en el fenómeno de la lluvia ácida. En concentraciones altas produce daños a la salud y a las plantas, corroe tejidos y materiales diversos. •Las actividades humanas que los producen son, principalmente, las combustiones realizadas a altas temperaturas. Más de la mitad de los gases de este grupo emitidos en España proceden del transporte. Óxido nitroso (N2 O) •En la troposfera es inerte y su vida media es de unos 170 años. Va desapareciendo en la estratosfera en reacciones fotoquímicas que pueden tener influencia en la destrucción de la capa de ozono. También produce aumento del efecto invernadero. •Procede fundamentalmente de emisiones naturales (procesos microbiológicos en el suelo y en los océanos) y, en menor medida, de actividades agrícolas y ganaderas (alrededor del 10% del total). Oxidos de nitrógeno (NOx) 26
  • 27. • Es un contaminante primario que se forma de manera natural. • Desaparece de la atmósfera a consecuencia, principalmente, de reaccionar con los radicales OH formando, entre otros compuestos, ozono. Su vida media en la troposfera es de entre 5 y 10 años. Contribuye al efecto invernadero. Metano (CH4 ) Otros hidrocarburos • En la atmósfera están presentes muchos otros hidrocarburos, principalmente procedentes de fenómenos naturales, pero también originados por actividades humanas, sobre todo las relacionadas con la extracción, el refino y el uso del petróleo y sus derivados. • Sus efectos sobre la salud son variables. Algunos no parece que causen ningún daño, pero otros afectan al sistema respiratorio y podrían causar cáncer, como p. ej. el benceno. • Intervienen de forma importante en las reacciones que originan el "smog" fotoquímico. 27
  • 28. Moléculas orgánicas formadas por átomos de Cl y F unidos a C. Por ejemplo CCl3F (Freón-11) o CCl2F2 (Freón-12). Se han utilizado mucho en los "sprays", frigoríficos, etc. Son los principales responsables de la destrucción de la capa de ozono, mediante las siguientes reacciones: Clorofluorocarburos (CFC) 28
  • 29. • En la atmósfera permanecen suspendidas sustancias muy distintas, como partículas de polvo, polen, hollín (carbón) y metales (plomo, cadmio). Partículas y aerosoles • Se suele usar la palabra aerosol para referirse a los materiales muy pequeños, sólidos o líquidos. • Con el término partículas se suele denominar a los sólidos que forman parte del aerosol. • Se suele llamar polvo a la materia sólida de tamaño un poco mayor (de 20 micrómetros o más) que las partículas. 29
  • 30. Contaminantes secundarios • Se generan a partir de los primarios al reaccionar entre sí o con la radiación solar o el vapor de agua. • No provienen directamente de los focos emisores y poseen un gran poder oxidante. • Son los responsables de la denominada contaminación fotoquímica. 30
  • 31. • El ozono que se encuentra en la troposfera, junto a la superficie de la Tierra, es un importante contaminante secundario. El que se encuentra en la zona más cercana a la superficie se forma por reacciones inducidas por la luz solar en las que participan, principalmente, los óxidos de nitrógeno y los hidrocarburos presentes en el aire (COV). Es el componente más perjudicial del smog fotoquímico y causa daños importantes a la salud, cuando está en concentraciones altas, y frena el crecimiento de las plantas y los árboles. Ozono troposférico 31
  • 32. • En España, como en otros países mediterráneos, durante el verano se dan condiciones meteorológicas favorables para la formación de ozono: altas temperaturas, cielos despejados, elevada insolación y vientos flojos. 32
  • 33. • Las dioxinas son compuestos químicos obtenidos a partir de procesos de combustión que implican al cloro. El término se aplica indistintamente a las policlorodibenzofuranos (PCDF) y las policlorodibenzodioxinas (PCDD). • Son estables químicamente, poco biodegradables y muy solubles en las grasas, tendiendo a acumularse en suelos, sedimentos y tejidos orgánicos, pudiendo penetrar en la cadena alimentaria. Posible efecto cancerígeno. • Las dioxinas y los furanos se producen principalmente de dos maneras: 1. En el proceso de fabricación de algunos pesticidas, conservantes, desinfectantes o componentes del papel. 2. Cuando se queman a bajas temperaturas materiales como algunos productos químicos, gasolina con plomo, plástico, papel o madera. Dioxinas
  • 34. Dispersión de los contaminantes Hay que distinguir: •EMISIÓN: Cantidad de contaminantes que vierte un foco emisor en un periodo de tiempo determinado. Se mide a la salida del foco emisor. •INMISIÓN: Cantidad de contaminantes presentes en una atmosfera determinada, una vez transportados, difundidos, y mezclados en ella y a la que están expuestos los seres vivos y los materiales que se encuentran bajo su influencia. Emisiones Inmisiones 34
  • 35. Dispersión de los contaminantes 1. La mayor parte de los contaminantes se difunden en la parte baja de la troposfera, donde interactúan entre sí y con los demás compuestos presentes, antes de su deposición. 2. Otros ascienden a alturas considerables y son transportados hasta lugares muy alejados del foco emisor. 3. Un tercer grupo, más reducido, puede llegar a traspasar la tropopausa e introducirse en la estratosfera. 1 32 35
  • 36. Dispersión de los contaminantes Los contaminantes que se difunden en la parte baja de la troposfera presentan un ciclo de emisión-deposición que se puede resumir en tres etapas: 1. Mezcla de contaminantes. Una vez emitidos los compuestos químicos (contaminantes primarios), se mezclan en los primeros kilómetros de la troposfera, donde se desplazan libremente, se incorporación a las masas circulantes de aire y se distribuyen de forma homogénea, lo que favorece las transformaciones químicas. 2. Procesos químicos y fotoquímicos. En estos procesos participan los con- taminantes que pueden generar nuevos compuestos (contaminantes secundarios), cuyas propiedades son, por lo general, muy diferentes de las de sus precursores. 3. Deposición. Los contaminantes, transformados o no, retornan a la superficie terrestre, donde se incorporan a los océanos y al suelo. 36
  • 37. En general, se considera que en las áreas continentales se encuentran los focos emisores, mientras que los océanos, por su extensión, son los principales depósitos de retorno. Este retorno sucede por deposición húmeda (los contaminantes retornan a través de la lluvia, la nieve, la niebla o el rocío) o, en menor medida, por deposición seca (debida a fenómenos gravitacionales y de adsorción). Dispersión de los contaminantes 37
  • 38. Transporte Industrias Medio Urbano Emisión Mezcla Transporte Sol Vapor de agua Transformación Deposición Seca Húmeda InmisiónInmisión Dispersión de los contaminantes 38
  • 39. Si los niveles de inmisión no son los adecuados, disminuye la calidad del aire y se originan efectos negativos en los receptores: • Seres humanos • Animales • Vegetales • Hongos Estos niveles de inmisión van a depender de una serie de factores: • Condiciones meteorológicas y climáticas • Características geográficas y topográficas • Características de las emisiones 39
  • 40. Condiciones meteorológicas y climáticas Estratificación del aire Temperatura ºC Altitud(m) GVT GAS Temperatura ºC Altitud(m) GVT GAS Temperatura ºC Altitud(m) GVT GAS GVT < GAS GVT > GAS GVT = GAS Estable Inestable Indiferente La Tª del aire contaminado es inferior a la del aire que le rodea. Es más densa, no puede subir, e incluso baja La Tª del aire contaminado es superior a la del aire que le rodea. Se favorecen los movimientos verticales y la dispersión de los contaminantes Las Tª son similares y su variación con la altura es la misma. No se favorece ningún movimiento 40
  • 41. Condiciones meteorológicas y climáticas Inversiones Son situaciones en las que se impide la circulación vertical del aire y por lo tanto los contaminantes se acumulan en las capas inferiores de la atmósfera. Hay varios tipos: • Inversiones térmicas. • Inversiones de subsidencia. • Inversiones frontales o adventicias. 41
  • 42. Condiciones meteorológicas y climáticas Inversiones térmicas Normalmente, el aire caliente de la superficie terrestre asciende y el aire de la parte superior de la atmósfera —más frío— cae, con lo cual se crea una circulación natural que dispersa los contaminantes superficiales del aire. Una inversión ocurre cuando las capas de aire de la atmósfera inferior son más frías que las superiores. La circulación natural sufre una interrupción y, tanto el aire superficial acumulado como los contaminantes del aire, se concentran alrededor de sus fuentes. 42
  • 43. El humo de las calefacciones o chimeneas no puede ascender debido a la inversión térmica. 43
  • 44. Inversiones de subsidencia La inversión por subsidencia generalmente está asociada con los anticiclones. El aire de un anticiclón desciende y fluye hacia afuera con una rotación que sigue la dirección de las agujas del reloj. A medida que el aire desciende, la mayor presión existente en altitudes menores lo comprime y calienta en el gradiente vertical adiabático seco. 44
  • 45. Inversiones de subsidencia Los días despejados y sin nubes característicos de los anticiclones propician las inversiones por radiación, de modo que se puede producir una inversión superficial durante la noche y una elevada durante el día. Si bien la capa de mezcla que se encuentra debajo de la inversión puede variar diariamente, nunca será muy profunda. Durante el día, la capa de inversión resultante de este proceso con frecuencia se eleva a cientos de metros sobre la superficie. Durante la noche, la base de una inversión por subsidencia desciende debido al enfriamiento del aire superficial. 45
  • 46. Inversiones adventicias o frontales Inversión relacionada tanto con los frentes fríos como con los cálidos. En el avance de cada frente, el aire cálido desplaza al frío, de modo que se produce una circulación vertical mínima en la capa de aire frío más cercana a la superficie . La fuerza de la inversión depende de la diferencia de temperatura entre las dos masas de aire. Como los frentes se mueven horizontalmente, los efectos de la inversión generalmente duran poco y la falta de movimiento vertical suele compensarse con los vientos relacionados con el paso frontal. Sin embargo, cuando los frentes se vuelven estacionarios, las condiciones de inversión pueden prolongarse. 46
  • 47. Vientos Tienen una gran importancia en la dispersión de los contaminantes en función de sus características: •Dirección •Velocidad •Turbulencias El viento aleja los contaminantes de la zona de emisión Viento 47
  • 48. Humedad relativa del aire La humedad favorece la acumulación de contaminantes, y en determinados casos, SO2, SO3, NO2, pueden reaccionar y formar ácidos corrosivos: las llamadas LLUVIAS ÁCIDAS. 48
  • 49. Precipitaciones Tienen un efecto de lavado, arrastrando contaminantes hacia el suelo. También pueden ayudar a disolver algunos gases. Insolación Favorece la formación de contaminantes secundarios mediante reacciones de oxidación fotoquímica. 49
  • 50. Factores topográficos y geográficos La topografía influye mucho sobre los movimientos atmosféricos y por lo tanto en la dispersión de los contaminantes. a) Zonas costeras b) Valles fluviales y laderas c) Zonas urbanas d) Presencia de masas vegetales 50
  • 51. Zonas costeras Se originan brisas durante el día (A) que transportan los contaminantes tierra adentro y por la noche (B) sucede al revés. Por otra parte, el aire está cargado de la humedad del mar y puede favorecer la acumulación de contaminantes. 51
  • 52. Zonas de valles fluviales y laderas Se generan brisas de valle y montaña. Durante el día se calientan las laderas y se generan corrientes ascendentes, mientras que en el fondo del valle queda el aire frío y contaminado Durante la noche el aire frío desciende por las laderas, y se acumula en el fondo del valle, llegando a la misma situación anterior. Además las propias laderas dificultan el movimiento del aire y por lo tanto la dispersión de los contaminantes 52
  • 53. Zonas urbanas Los edificios frenan los movimientos del aire y crean turbulencias. Las propias actividades urbanas (industria, tráfico, calefacciones,…) generan calor y se crea un microclima denominado isla de calor. En la periferia de la ciudad, la temperatura es más fría. Este fenómeno favorece la formación de brisas urbanas debido al ascenso del aire en el centro de la ciudad, cuyo hueco es ocupado por el aire frío procedente de la periferia. Se dificulta la dispersión de los contaminantes, formando las cúpulas (“boinas”) de contaminación, que se ven incrementadas en situaciones anticiclónicas y que pueden ser dispersadas por efecto de las lluvias y los vientos. Los contaminantes, por otra parte pueden actuar como núcleos de condensación y provocar la formación de tormentas, más frecuentes que en los alrededores de la ciudad. 53
  • 54. 54 La “isla de calor” urbana
  • 55. Cúpula («Boina») de contaminación sobre Madrid Movimiento del aire en una “isla de calor” 55
  • 56. Presencia de masas vegetales Frenan la velocidad del viento y facilitan la deposición de los contaminantes, que quedan retenidos en las hojas. Además, la vegetación absorbe CO2 (actúa como sumidero) Un kilómetro cuadrado de bosque genera unas 1.000 toneladas de oxígeno anuales, requiriendo el doble de superficie una plantación de césped para conseguir el mismo efecto. También son fijados por la vegetación los óxidos de azufre, oxigenándose el SO2, dando lugar a sulfatos. El plomo se acumula sin transformarse en las plantas, eliminándolo de la atmósfera. Además acumulan entre las hojas, polvo y partículas en suspensión gracias a fenómenos electrostáticos y a la presencia de aceites. 56
  • 57. Características de las emisiones Depende de la naturaleza de los contaminantes: o Gas. o Partículas. Se depositan con mayor facilidad. También depende de otros factores, como: o Temperatura de emisión. Si es mayor que la del aire del medio, el gas asciende y se dispersa más fácilmente. o Velocidad de emisión. Si sale a más velocidad, puede romper las capas de inversión. o Altura del foco emisor. A mayor altura (p. ej. las chimeneas), mayor probabilidad de atravesar las capas de inversión y mayor facilidad de dispersión del contaminante. 57

Notas do Editor

  1. .