Radiación
solar
La radiación solar no solo calienta la atmósfera
planetaria, es causante de los desequilibrios de la química atmosférica, debido
a la iniciación de procesos químicos y consecuentemente a los cambios
fotoquímicos primarios, es decir a los choques intermoleculares de las
velocidades de reacción de toda la gama de contaminantes presentes.
Smog
fotoquímico
En muchas ciudades el principal problema de
contaminación es el llamado smog fotoquímico. Con este nombre nos referimos a
una mezcla de contaminantes de origen primario (NOx e hidrocarburos volátiles)
con otros secundarios (ozono, peroxiacilo, radicales hidroxilo, etc.) que se
forman por reacciones producidas por la luz solar al incidir sobre los
primeros.
Esta
mezcla oscurece la atmósfera dejando un aire teñido de color marrón rojizo
cargado de componentes dañinos para los seres vivos y los materiales. Aunque
prácticamente en todas las ciudades del mundo hay problemas con este tipo de
contaminación, es especialmente importante en las que están en lugares con
clima seco, cálido y soleado, y tienen muchos vehículos. El verano es la peor
estación para este tipo de polución y, además, algunos fenómenos climatológicos,
como las inversiones térmicas, pueden agravar este problema en determinadas
épocas ya que dificultan la renovación del aire y la eliminación de los
contaminantes.
En la
situación habitual de la atmósfera la temperatura desciende con la altitud lo
que favorece que suba el aire más caliente (menos denso) y arrastre a los
contaminantes hacia arriba.
En una
situación de inversión térmica una capa de aire más cálido se sitúa sobre el
aire superficial más frío e impide la ascensión de este último (más denso), por
lo que la contaminación queda encerrada y va aumentando. Las reacciones
fotoquímicas que originan este fenómeno suceden cuando la mezcla de óxidos de
nitrógeno e hidrocarburos volátiles emitida por los automóviles y el oxígeno
atmosférico reaccionan, inducidos por la luz solar, en un complejo sistema de
reacciones que acaba formando ozono. El ozono es una molécula muy reactiva que
sigue reaccionando con otros contaminantes presentes en el aire y acaba
formando un conjunto de varias decenas de sustancias distintas como nitratos de
peroxiacilo (PAN), peróxido de hidrógeno (H2O2), radicales hidroxilo (OH),
formaldehído, etc.
Reacciones
Durante el día el dióxido de nitrógeno se disocia en monóxido de nitrógeno y radicales oxígeno:
NO2 + hν → NO + O·
Durante el día el dióxido de nitrógeno se disocia en monóxido de nitrógeno y radicales oxígeno:
NO2 + hν → NO + O·
El
O· se combina con oxígeno molecular generando ozono:
O· + O2 → O3
O· + O2 → O3
En
ausencia de COVs este ozono oxida al monóxido de nitrógeno de la etapa
anterior:
O3 + NO → O2 + NO2
Pero en presencia de COVs, éstos se transforman en radicales peroxi que a su vez oxidan al NO:
ROO· + NO → RO· + NO2
O3 + NO → O2 + NO2
Pero en presencia de COVs, éstos se transforman en radicales peroxi que a su vez oxidan al NO:
ROO· + NO → RO· + NO2
De esta forma el NO no está disponible para reaccionar con el ozono y éste se acumula en la atmósfera.
Cambios
fotoquímicos
La atmósfera está considerada como un reactor
gigante, donde la fuente principal de calentamiento es el “sol” y la intensidad
de luz que produce ha sido clasificada en regiones de radiación, de estas, las
más preocupante son las regiones que corresponden a la región visible y la región
ultravioleta que es donde se encuentran presentes fragmentos de constituyentes
atmosféricos los cuales producen átomos, radicales, iones y partículas en
estado de excitación.
Para
fines de investigación el espectro solar se ha dividido arbitrariamente en
intervalos que varían desde 290 y 700 nm. Ya que a mayores longitudes de onda
la absorción de la radiación es interferida por el vapor de agua y es en estos
intervalos donde, se suceden todas las reacciones fotoquímicas que se
encuentran como contaminantes de la atmósfera.
Los tipos
de Energía más conocidos producidos en los procesos fotoquímicos primarios son:
1. AB* ⇒
AB + hν Fluorescencia
2. AB* ⇒
A + B Disociación
3. AB* + M ⇒ AB + M Quenching
4. AB* + C ⇒
AB + C* Transferencia de energía
5. AB* + C ⇒
A + BC Reacción química
Los
procesos fotoquímicos primarios y secundarios constituyen el mecanismo de todas
las reacciones fotoquímicas; así los resultados de los cambios en las concentraciones
iniciales, son variables dependientes del tiempo y han sido establecidas en
base a los sistemas de ecuaciones de velocidad cinética de reacción. A los
sistemas primarios, se les trata como series de reacciones elementales un
tratamiento muy similar al de las reacciones térmicas elementales. La velocidad
de una reacción debida a un cambio químico, es considerada como parte un
proceso primario individual el cual puede cuantificarse de la siguiente forma:
En la atmósfera, se toma en cuenta la atenuación
de la radiación solar que corresponde a los cambios de intensidad de las bandas
espectrales divididas arbitrariamente y donde adicionalmente la dispersión de
la radiación solar produce o presenta un componente difuso de flujo solar. Así
la radiación directa del flujo y la radiación indirecta, son los causantes de
los efectos fotoquímicos en las regiones espectrales del visible y ultravioleta,
la atenuación por absorción es confinada a la estratosfera en el UV lejano.
Impacto
ambiental
El smog, gracias a los gases y partículas que lo componen, provoca alteraciones
ambientales y en la salud humana:
· Rotura de la capa de ozono
· Lluvias ácidas
·
Pérdida de la biodiversidad por muerte de las plantas gracias
a la falta de rayos solares y, en consecuencia, de la fotosíntesis.
·
Reducción de la visibilidad
·
Irritación de las vías respiratorias (nariz, tráquea y pulmones), tos,
dolores de garganta, bronquitis, etc.
·
Anemia, a causa de la alta concentración de monóxido de carbono (CO),
que bloquea el intercambio de oxígeno en los pulmones y en la sangre.
·
Irritación de los ojos y la piel.
·
Diversas enfermedades (gripe, tuberculosis) por la alta concentración de
agentes patógenos en el aire. irritación ocular y de la garganta, tos,
fatiga, anemia y sobrecarga en las vías respiratorias.
Bibliografía
