Contaminación del agua, del aire y del suelo

Cuando escuchamos la palabra contaminación, lo primero que se nos viene a la mente es el humo negro de las industrias, las sustancias químicas peligrosas, la gran cantidad de basura que generamos con tanto uso de desechables, etc. Sin embargo, muchas de las actividades que realizamos cotidianamente tienen que ver también con la contaminación, por ejemplo; cuando usamos un auto, el uso de aparatos electrodomésticos y hasta los productos de higiene personal (jabón, pasta de dientes y aerosol). En esta lección reconoceremos algunos orígenes de la contaminación desde el punto de vista de la Química y que tienen que ver con el deterioro de nuestro entorno, para finalmente proponer estrategias de prevención y solución.

Origen

Como podrás darte cuenta, el problema de la contaminación no es sólo de ciertos países, en nuestro entorno es común que también estén presentes. A continuación daremos la definición de algunos conceptos relevantes que te permitan contribuir a la disminución de este gran problema.

El medio ambiente está influido por factores biológicos y factores físicos que nos rodean y que afectan a los seres vivos. Los factores biológicos son las plantas, animales, microorganismos y el hombre. Los factores físicos son la temperatura, humedad, lluvia, nieve, aire, agua y todas las sustancias químicas que se encuentran en el aire, el agua y la tierra. Un cambio en su composición impacta en nuestra vida, así, al abusar o hacer mal uso de los recursos naturales que se obtienen del medio ambiente, lo ponemos en peligro y lo agotamos.

El medio ambiente lo podemos clasificar de la siguiente manera:

Mucho es lo que escuchamos hablar sobre la contaminación que existe en nuestro país a través de la radio, la televisión y el periódico, lo que contribuye a formar una opinión propia sobre ello. Sin embargo, estos medios no aportan a una cultura formal sobre el tema e inducen a la adopción de soluciones que si bien son populares no siempre son adecuadamente viables y socialmente factibles. Para planear soluciones que no solamente suenen bien sino que además puedan ponerse en práctica, y sobre todo, mejoren y preserven el ambiente, es preciso contar con un buen conocimiento del tema y opciones
de solución.

El crecimiento de la población y el consumo excesivo han generado una fuerte perturbación ambiental con la contaminación del aire, del agua y del suelo.

En una visión global, la quema excesiva de combustibles fósiles, más la deforestación y tala de bosques, incrementa el
efecto invernadero y el cambio climático trae como consecuencia infinidad de problemas a nivel mundial.

Contaminantes antropogénicos primarios y secundarios

La contaminación del aire, agua y suelo tienen su origen natural y antropogénico.

Reacciones químicas

La industria química se encarga de la extracción y procesamiento de las materias primas, tanto naturales como sintéticas y de su transformación en otras sustancias de características diferentes de las que tenían originalmente. Por tanto, estas industrias se clasifican en: Industrias químicas de base e industrias químicas de transformación.

• Industrias químicas de base: Trabajan con materias primas naturales que comúnmente toman de lugares próximos como el aire (oxígeno y nitrógeno), el agua (hidrógeno), la tierra (carbón, petróleo y minerales) y de la biósfera (caucho, grasas, madera y alcaloides) fabricando con ello productos sencillos semielaborados.
• Industrias de transformación: Toman los productos semielaborados de la industria base para transformarlos en nuevos productos que pueden salir directamente al mercado o ser susceptibles de utilización en otros sectores. La explotación natural y la transformación de estos recursos, nos conducen a una serie de fenómenos que repercuten a corto, mediano y largo plazo en la conservación del entorno y la salud. Los procesos a los que son sometidos generan una serie de contaminantes a la atmosfera.

Reacciones químicas de los contaminantes primarios

Monóxido de carbono CO, es una sustancia incolora, inodora y altamente tóxica. De forma natural se origina por oxidación del metano CH₄, un gas que se obtiene por descomposición de la materia orgánica, la ecuación que representa está reacción
es la siguiente:

La principal fuente antropogénica del monóxido de carbono es la combustión incompleta de hidrocarburos que puede presentarse en forma de octano, uno de los componentes de la gasolina.

Monóxido de nitrógeno NO, de forma natural se encuentran en la descomposición bacteriana de los nitritos orgánicos, la actividad volcánica y los incendios forestales, la fuente por contaminación antropogénica se debe a la emisión de gases de automotores y a la quema de combustibles fósiles (derivados del petróleo). El monóxido de nitrógeno de la atmósfera reacciona fotoquímicamente (con ayuda de la luz del sol) bajo la siguiente ecuación:

Dióxido de azufre SO₂ reacciona con la humedad del aire para que a través de una serie de reacciones químicas, finalmente origine la lluvia ácida.

Los contaminantes fotoquímicos y los radicales de corta existencia como el ozono, son los principales contaminantes secundarios. Éstos son el producto de dos o más contaminantes primarios.

Los oxidantes fotoquímicos se originan al reaccionar entre sí los óxidos del nitrógeno, los hidrocarburos y el oxígeno, todos en presencia de radiación ultravioleta. Su forma se ve favorecida en algunas épocas del año cuando existen vientos débiles y aumenta la temperatura, dificultando que los contaminantes primarios se dispersen.

La molécula de ozono O₃, es el oxidante fotoquímico más importante, se encuentra en mayor concentración en aquellos espacios atmosféricos en los cuales se realizan actividades industriales más intensamente.

Los radicales libres se forman cuando los hidrocarburos reaccionan con el aire, el oxígeno y el ozono, así se originan aldehídos, cetonas, nitratos orgánicos, todos ellos tóxicos para la salud humana, animal y vegetal. Los daños que se sufren por
estas reacciones químicas los verás en esta misma lección .

Contaminantes del agua de uso industrial y urbano

La contaminación del agua puede ser visible cuando vas a un río o mar y notas la descarga de aguas negras en él, basura de uso doméstico, derrames de petróleo, capas de aceite y espuma.

Existen tres tipos de contaminantes en el agua:

1. Agentes físicos: son partículas insolubles que enturbian el agua y dificultan la vida de algunos organismos como: tierra, lodo, arena o basura, que no se descomponen.
2. Agentes biológicos: son microorganismos que llegan al agua por contaminación de heces fecales o restos orgánicos de personas infectadas como: virus, bacterias, hongos y parásitos.
3. Agentes químicos: las sustancias, químicas inorgánicas, orgánicas y radioactivas disminuyen la capacidad de contener oxígeno causando grandes daños a los seres vivos, porque contribuyen al crecimiento de algas, y hacen inutilizable el agua.
   
   Inorgánicas: ácidos, mercurio, plomo, arsénico, selenio, nitratos, nitritos y fluoruros.
   Orgánicas: petróleo, plásticos, plaguicidas, detergentes.
   Radiactivas: uranio.

Además, existen fuentes puntuales y no puntuales que contaminan el agua. Las fuentes puntuales descargan contaminantes en sitios específicos a través de tuberías y alcantarillas, como son las fábricas, plantas de tratamiento de aguas negras, drenajes y aguas residuales urbanas.

Las fuentes no puntuales son descargas de contaminantes al agua y éstas son vertidas en grandes áreas de terreno como las aguas residuales urbanas, industriales, ganaderas, agrícolas y marea negra. Los humanos hemos hecho de nuestros mares grandes contenedores de basura, año con año se vierten gran cantidad de contaminantes con efectos tóxicos que tardarán cientos de años depositados ahí.

El agua dulce que utilizamos proviene de dos fuentes: agua superficial y agua subterránea.

El agua superficial es aquélla que al llover no se filtra y la encuentras en lagos, charcos y lagunas. La contaminación de las aguas superficiales se presenta por fuentes no puntuales.

Las aguas subterráneas son las que se encuentran por debajo de la superficie terrestre, también llamadas mantos freáticos, y constituyen la fuente principal de agua para consumo o riego. Se contamina por filtración de contaminantes contenidos en el suelo que pueden ser de origen agrícola, industrial, doméstico o de basureros.

Las aguas continentales sufren de procesos de eutrofización al obtener grandes cantidades de materia orgánica, nutrientes y contaminantes que producen florecimiento excesivo de plantas acuáticas y otros organismos; mismos que, al morir sus residuos putrefactos disminuyen la cantidad de oxígeno y la calidad del agua.

Contaminación del suelo

Se consideran contaminantes del suelo el cúmulo de sustancias que repercuten negativamente en el comportamiento de los suelos y provocan la pérdida parcial o total de la productividad.

La contaminación del suelo es debida a dos causas:

1. Natural o endógena: actividades no planificadas por el hombre que producen un cambio negativo de las propiedades del suelo.
2. Antrópica o exógena: actividades derivadas del ser humano y de sus industrias, principalmente de desechos sólidos, los que representan un riesgo para la salud de los seres vivos.

Ejemplos:

Soluciones para reducir o evitar la contaminación del suelo

a) Preventivas

1. Educación ambiental y separación de la basura.
   Es urgente que la sociedad adquiera una cultura de educación ambiental, leyes más rígidas y un compromiso de la sociedad con su entorno. Evitar que las aguas negras transiten en ríos y mares y entubar las aguas residuales para evitar contaminación con los mantos freáticos.
2. Utilización de materiales biodegradables.
   Preferir materiales biodegradables de manera cotidiana.
3. Utilización de ecotecnias para la agricultura.
   Evitar uso de plaguicidas en la agricultura, es posible optar por la hidroponia, evitar fertilizantes orgánicos.

b) Correctivas

1. Descontaminación o remediación del suelo contaminado.
   Tratar el agua freática contaminada (se saca de los mantos freáticos y al concluir el tratamiento se retorna el agua hasta lograr los niveles recomendados).
2. Biorremediación.
   Es una técnica de recuperación del sustrato contaminado, mediante un proceso similar al tratamiento del agua por descomposición bacteriana.

Contaminación del aire

Un agente contaminante común en el aire es la quema de combustibles fósiles (carbón, petróleo, gas natural y gasolina). Normalmente los utilizados diariamente para realizar actividades cotidianas como cocinar, transportarnos, producir electricidad, objetos y materiales.

Cerca de 95% de la masa del aire se encuentra en la capa más interna conocida como tropósfera que se extiende unos 17 km por encima de la superficie terrestre. Conforme el aire se mueve en la atmósfera colecta sustancias químicas producidas por acontecimientos naturales, o bien, por las actividades del hombre.

Los contaminantes del aire son primarios y secundarios:

Principales contaminantes primarios y secundarios:

La contaminación atmosférica es debida a partículas suspendidas sólidas o líquidas cuyos componentes varían de tamaño, origen y composición química que se mezclan en la tropósfera. Estas partículas pueden ser en tamaño ultrafino, fino, medio y grande.

Las partículas finas provienen generalmente de la quema de combustibles fósiles en calentadores industriales, automóviles y sistema de calefacción y suelen estar suspendidas en la tropósfera hasta por 5 años, lo que las hace más dañinas por el tiempo que tienen que ser transportadas por todo el mundo.

Inversión térmica

Normalmente el aire de la superficie terrestre fluye a la atmósfera y conforme asciende disminuye gradualmente su temperatura. En la inversión térmica se presenta un comportamiento contrario en la variación vertical habitual de la temperatura, es decir, un aumento térmico con la altura.

Una capa de la atmósfera con inversión térmica no permite que se produzcan movimientos ascendentes de aire. Por tanto, el aire de la parte inferior es más frío, así que no asciende al ser más denso o pesado que el aire que está por encima.

Consecuentemente, una inversión térmica próxima al suelo impide que los contaminantes producidos por las actividades humanas se dispersen verticalmente o se alejen de la superficie terrestre. Este hecho puede dar lugar a episodios de altos valores de contaminación del aire, con los consiguientes posibles efectos nocivos para la salud humana.

Esmog

El término esmog proviene de la palabra compuesta de los vocablos ingleses smoke: humo y fog: niebla. La palabra esmog se utiliza para denominar un tipo de niebla, humo y vapores que surgen como resultado de la combinación de ciertas sustancias en el medio ambiente y factores climáticos. Esto evidentemente produce contaminación atmosférica en algunos lugares de alta concentración como son las grandes ciudades. Existen dos tipos de esmog:

Efecto invernadero

El efecto invernadero es un fenómeno atmosférico natural que permite mantener la temperatura del planeta, al retener
parte de la energía proveniente del sol. El efecto invernadero normal se altera cuando los rayos solares son atrapados en la superficie de la tierra y no pueden salir de la atmósfera porque rebota en partículas de gas metano, vapor de agua, óxidos nitrogenados y clorofluorocarbonados que son producto de las combustiones industriales, lo cual ocasiona, un excedente de calor y, por consiguiente, variaciones en la temperatura terrestre.

Lluvia ácida

En el ciclo del agua, ésta sube en forma de vapor a la atmósfera producto de la evaporación y regresa a la tierra en forma de lluvia, nieve o granizo. Cuando el agua entra en contacto con los contaminantes presentes en el aire, como el dióxido de carbono (CO₂) forma ácido carbónico, entonces al precipitarse el agua ya contiene esta sustancia, lo que ocasiona la formación de lluvia ácida.

El dióxido de azufre SO2 y los óxidos de nitrógeno NO2 al unirse con el agua y en presencia de luz solar, forman ácido sulfúrico y ácido nítrico, respectivamente, haciendo a la lluvia más ácida.

Las reacciones atmosféricas que producen la lluvia ácida son:

El pH (medida de acidez) del agua de lluvia es de 5.6 (ácida), pero al combinarse con los contaminantes llega a un pH de hasta 1.5, ¿te imaginas los efectos que causará en tu piel, en los seres vivos del entorno y en tu salud en general?

Fuente: Secretaría de Educación Pública. (2015). Química II. Ciudad de México.