Contaminación atmosférica, capa de ozono y efecto invernadero
Una tarde en la avenida Javier Prado, en Lima, el aire huele a humo y se ve gris. Arriba, la radiación del Sol llega al planeta; parte se filtra y parte rebota. Hoy hay dos problemas que se mezclan en las noticias: el «hueco» en la capa de ozono y el calentamiento global. ¿Son el mismo problema? Al final de la página lo responderás con argumentos.
La atmósfera y sus contaminantes
La atmósfera es la capa de gases que rodea la Tierra. Se divide en capas según la temperatura. Las que nos importan son dos: la troposfera (0 a unos 12 km, donde vivimos y ocurre el clima) y la estratosfera (de unos 12 a 50 km, donde está la capa de ozono).
Un contaminante es una sustancia que, en cantidad suficiente, daña la salud o el ambiente. Los primarios se emiten directamente (CO, SO₂, NO, partículas); los secundarios se forman en el aire por reacciones entre ellos (lluvia ácida, ozono troposférico, smog).
| Contaminante | Origen principal | Efecto |
|---|---|---|
| CO | combustión incompleta (carros, cocinas mal ventiladas) | impide el transporte de oxígeno |
| SO₂ | fundiciones, quema de combustibles con azufre | irrita las vías respiratorias; lluvia ácida |
| NO, NO₂ (NOₓ) | motores a alta temperatura | irritan los pulmones; smog; lluvia ácida |
| Material particulado (PM10, PM2.5) | humo, polvo, hollín | enfermedades respiratorias y cardiacas |
El monóxido de carbono. Se forma cuando el combustible se quema con poco oxígeno: $2C + O_2 \rightarrow 2CO$. Es incoloro e inodoro. En la sangre, el CO se une a la hemoglobina con mucha más fuerza que el $O_2$ y forma carboxihemoglobina. La hemoglobina ocupada ya no transporta oxígeno: los tejidos se quedan sin él, y causa mareo, dolor de cabeza y, en altas dosis, la muerte.
En las avenidas congestionadas de Lima, los carros emiten monóxido de carbono, $CO$. Explica por qué este gas es peligroso para la salud de las personas, indicando qué…
En las avenidas congestionadas de Lima, los carros emiten monóxido de carbono, $CO$. Explica por qué este gas es peligroso para la salud de las personas, indicando qué ocurre con la hemoglobina de la sangre.
Lluvia ácida y smog fotoquímico
Lluvia ácida
Una fundición del sur quema azufre o minerales sulfurados y libera dióxido de azufre. En la atmósfera ocurre una secuencia de reacciones:
La lluvia ácida es la precipitación con pH menor que 5.6 (la lluvia limpia ya es ligeramente ácida por el $CO_2$ disuelto). Daños típicos: corrosión de estatuas, techos y puentes metálicos; acidificación de lagunas y daño a peces; daño a bosques y suelos; deterioro de monumentos de piedra caliza ($CaCO_3 + H_2SO_4 \rightarrow CaSO_4 + H_2O + CO_2$).
Smog fotoquímico
El smog fotoquímico es la neblina marrón de las ciudades con mucho tráfico, sol y poco viento. Los motores emiten óxidos de nitrógeno e hidrocarburos sin quemar (contaminantes primarios). Con la luz solar reaccionan y forman contaminantes secundarios: ozono troposférico y otros oxidantes irritantes. El color pardo se debe al $NO_2$.
$$NO_2 \xrightarrow{\text{luz}} NO + O \qquad O + O_2 \rightarrow O_3$$El ozono a nivel del suelo es muy oxidante: irrita ojos y garganta, reduce la capacidad pulmonar y agrava el asma.
Una fundición del sur del país quema combustibles con azufre y libera $SO_2$ al aire. Escribe las ecuaciones que muestran cómo este gas, junto con el oxígeno y el agua…
Una fundición del sur del país quema combustibles con azufre y libera $SO_2$ al aire. Escribe las ecuaciones que muestran cómo este gas, junto con el oxígeno y el agua de la atmósfera, forma ácido sulfúrico, $H_2SO_4$. Explica qué es la lluvia ácida y menciona dos daños que causa.
Valentina observa que en un día de poco viento y mucho tráfico, el aire de una ciudad se ve con una neblina marrón. Explica qué es el smog fotoquímico, qué contaminantes…
Valentina observa que en un día de poco viento y mucho tráfico, el aire de una ciudad se ve con una neblina marrón. Explica qué es el smog fotoquímico, qué contaminantes primarios intervienen (óxidos de nitrógeno e hidrocarburos), y por qué el ozono troposférico es dañino para la respiración, a diferencia del ozono estratosférico.
La capa de ozono y los freones
El ozono $O_3$ de la estratosfera se forma y se destruye de manera natural. La radiación ultravioleta (UV) rompe el $O_2$, y los átomos libres forman ozono:
$$O_2 \xrightarrow{UV} 2O \qquad O + O_2 \rightarrow O_3$$El propio $O_3$ absorbe la UV-B y UV-C y se descompone ($O_3 \xrightarrow{UV} O_2 + O$). Así la capa de ozono funciona como un filtro solar del planeta: protege del cáncer de piel, las cataratas y el daño a cultivos y plancton.
Los freones (CFC)
Los clorofluorocarbonos o freones son compuestos de carbono, cloro y flúor, como el $CCl_2F_2$ (CFC-12). Son estables, no tóxicos y no inflamables, por eso se usaron en refrigeradoras, aires acondicionados y aerosoles. Pero al ser tan estables llegan intactos a la estratosfera, donde la UV rompe el enlace C–Cl y libera átomos de cloro:
$$CCl_2F_2 \xrightarrow{UV} CClF_2 + Cl$$Las primeras generaciones fueron CFC (con cloro, muy dañinos); luego vinieron los HCFC (con hidrógeno, menos dañinos) y los HFC (sin cloro, no destruyen el ozono, aunque sí son gases de efecto invernadero). El Protocolo de Montreal (1987) acordó eliminar los CFC.
Mecanismo de destrucción
Como el cloro se regenera, un solo átomo repite el ciclo miles de veces (se estima del orden de cien mil) antes de ser retirado por otras reacciones. Por eso pequeñas cantidades de CFC causan un daño enorme.
Los freones o clorofluorocarbonos (CFC) se usaron en refrigeradoras y aerosoles. Explica qué son, por qué se prohibió su uso y qué parte de la atmósfera se ve afectada…
Los freones o clorofluorocarbonos (CFC) se usaron en refrigeradoras y aerosoles. Explica qué son, por qué se prohibió su uso y qué parte de la atmósfera se ve afectada por ellos.
Se propone que el mecanismo de destrucción del ozono por un átomo de cloro es: $Cl + O_3 \rightarrow ClO + O_2$ $ClO + O \rightarrow Cl + O_2$ Suma ambas etapas y…
Se propone que el mecanismo de destrucción del ozono por un átomo de cloro es:
$Cl + O_3 \rightarrow ClO + O_2$
$ClO + O \rightarrow Cl + O_2$
Suma ambas etapas y escribe la reacción global. Explica por qué el cloro actúa como catalizador y por qué un solo átomo de cloro puede destruir muchas moléculas de ozono.
Ozono bueno y ozono malo
La sustancia es la misma, $O_3$; lo que cambia es dónde está.
| Ozono estratosférico | Ozono troposférico | |
|---|---|---|
| Formación | natural: UV + $O_2$ | secundaria: $NO_2$ + luz + hidrocarburos (smog) |
| Función o daño | filtra la UV: protege la vida | irritante y oxidante: daña pulmones y plantas |
| Problema | su disminución | su aumento |
Es beneficioso arriba porque absorbe radiación peligrosa antes de que llegue a nosotros; es perjudicial abajo porque lo respiramos y es muy reactivo con los tejidos.
Altitud y UV. En la sierra, como en Puno o Cusco a más de 3,000 m s. n. m., hay menos atmósfera encima que absorba UV, así que la radiación es más intensa que en la costa. Si además la capa de ozono se adelgaza, se suma un filtro menos a una exposición ya alta: mayor riesgo de quemaduras, cataratas y cáncer de piel.
Compara el ozono de la estratosfera con el ozono de la troposfera. Para cada uno indica cómo se forma, qué función cumple o qué daño produce, y por qué la misma…
Compara el ozono de la estratosfera con el ozono de la troposfera. Para cada uno indica cómo se forma, qué función cumple o qué daño produce, y por qué la misma sustancia, $O_3$, puede ser beneficiosa en una capa de la atmósfera y perjudicial en otra. Concluye con un argumento sobre por qué la disminución del ozono estratosférico preocupa más en regiones de gran altitud, como la sierra andina.
El efecto invernadero
La Tierra recibe luz visible del Sol, se calienta y devuelve energía como radiación infrarroja (calor). Algunos gases de la atmósfera absorben parte de ese infrarrojo y lo reemiten hacia la superficie. Es el efecto invernadero natural: sin él, la temperatura media sería de unos −18 °C en lugar de unos 15 °C. El problema es su intensificación por la actividad humana.
| Gas | Fórmula | Actividad humana que lo aumenta |
|---|---|---|
| Dióxido de carbono | $CO_2$ | quema de combustibles fósiles; deforestación |
| Metano | $CH_4$ | ganadería, arrozales, rellenos sanitarios |
| Óxido nitroso | $N_2O$ | fertilizantes nitrogenados |
| Vapor de agua | $H_2O$ | muy abundante; amplifica el calentamiento |
| CFC y HFC | varios | refrigeración y aerosoles (muy potentes por molécula) |
Consecuencias: aumento de la temperatura media, retroceso de los glaciares andinos (que abastecen de agua a ciudades de la sierra y la costa), cambios en lluvias y sequías, subida del nivel del mar, mayor intensidad de eventos como El Niño.
Nombra tres gases responsables del efecto invernadero y escribe la fórmula de cada uno. Indica, para cada gas, una actividad humana que contribuya a su aumento en la…
Nombra tres gases responsables del efecto invernadero y escribe la fórmula de cada uno. Indica, para cada gas, una actividad humana que contribuya a su aumento en la atmósfera.
Dos problemas distintos
Volvamos a la pregunta del inicio: ¿calentamiento global y capa de ozono son el mismo fenómeno? No. Ambos involucran gases, pero difieren en todo lo importante:
| Calentamiento global | Destrucción de la capa de ozono | |
|---|---|---|
| Capa | troposfera (retención de calor) | estratosfera |
| Gases principales | $CO_2$, $CH_4$, $N_2O$, vapor de agua | CFC, halones (liberan Cl y Br) |
| Radiación | infrarroja (calor emitido por la Tierra) | ultravioleta (del Sol) |
| Mecanismo | los gases absorben infrarrojo | el cloro cataliza la descomposición del $O_3$ |
| Consecuencias | clima, glaciares, nivel del mar | más UV: cáncer de piel, cataratas, daño a ecosistemas |
Puntos de contacto. Los CFC y HFC participan en ambos: los CFC destruyen ozono y además son potentes gases de efecto invernadero. Otro vínculo: el propio ozono (troposférico) también retiene calor. Por eso son problemas relacionados, pero no idénticos.
Un colegio de Arequipa discute dos problemas ambientales: el calentamiento global y la destrucción de la capa de ozono. Un estudiante afirma que son el mismo fenómeno…
Un colegio de Arequipa discute dos problemas ambientales: el calentamiento global y la destrucción de la capa de ozono. Un estudiante afirma que son el mismo fenómeno porque ambos involucran gases de la atmósfera. Argumenta si la afirmación es correcta: distingue las causas, los gases principales, la radiación implicada (infrarroja o ultravioleta) y las consecuencias de cada problema. Menciona además un gas que participe en ambos fenómenos y explica cómo.