GENERALIDADES DE LA LLUVIA ÁCIDA

INTRODUCCIÓN

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 procesos de generación, transporte, transformación de los precursores de lluvia ácida, la forma de depositación de estos contaminantes en el medio; el problema en torno al fenómeno, el seguimiento y monitoreo para su mitigación. Además se presenta, 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, en el 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.

 

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.

CO   +   H2O   ®   H2CO3  

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

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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).

La lluvia ácida y en general su proceso de precipitación en el medio es también denominado depositación ácida. Esta 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.

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DEPOSITACIÓN ÁCIDA

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

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Depositación forma 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 de carácter básico.

Depositación forma 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.

 

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, el cual está asociado 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, afecta la salud de los seres vivos.

Las sustancias causantes de la contaminación se denominan contaminantes, los cuales tienen diferentes formas de ser generados o emitidos a la atmósfera. Estas sustancias principalmente son emitidas 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 o 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, exactamente se refieren a toda clase vehículos de combustión interna 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, de pastizales o 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) Ver figura 3.

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

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

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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, los cuales son transportadas por medio 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 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.

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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 hidroxilos (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 metilos (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.

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