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Contaminación atmosférica

AP Ciencias Ambientales · Tema 7

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8:02

Contaminación atmosférica

Mira esta ciudad. No puedes ver los edificios, porque puedes ver el aire. Ahora entra en una cocina, donde un solo fuego de cocción llena la habitación de humo. Ahora…

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7.1

Introducción a la Contaminación del Aire

Syllabus

Comprensión Duradera (STB-2): Las actividades humanas tienen consecuencias físicas, químicas y biológicas para la atmósfera.

Objetivo de Aprendizaje STB-2.A: Identificar las fuentes y los efectos de los contaminantes del aire.

  • STB-2.A.1 La combustión del carbón libera contaminantes del aire que incluyen dióxido de carbono, dióxido de azufre, metales tóxicos y partículas.
  • STB-2.A.2 La combustión de combustibles fósiles libera óxidos de nitrógeno a la atmósfera. Estos conducen a la producción de ozono, la formación de smog fotoquímico y se convierten en ácido nítrico en la atmósfera, causando lluvia ácida. Otros contaminantes producidos por la combustión de combustibles fósiles incluyen monóxido de carbono, hidrocarburos y materia particulada.
  • STB-2.A.3 La calidad del aire puede verse afectada por la liberación de dióxido de azufre durante la combustión de combustibles fósiles, principalmente de los combustibles diésel.
  • STB-2.A.4 A través de la Ley de Aire Limpio, la Agencia de Protección Ambiental (EPA) reguló el uso del plomo, particularmente en los combustibles, lo que disminuyó drásticamente la cantidad de plomo en la atmósfera.
  • STB-2.A.5 Los contaminantes del aire pueden ser primarios o secundarios.

Fuente: College Board AP Course and Exam Description

La contaminación del aire 空气污染 son sustancias nocivas en la atmósfera. Los contaminantes primarios 一次污染物 se emiten directamente (monóxido de carbono, óxidos de nitrógeno, dióxido de azufre, partículas); los contaminantes secundarios 二次污染物 se forman en el aire a partir de reacciones (como el ozono en el smog). La mayoría provienen de la combustión de combustibles fósiles en vehículos, plantas de energía e industria.

7.2

Smog Fotoquímico

Syllabus

Comprensión duradera (STB-2): Las actividades humanas tienen consecuencias físicas, químicas y biológicas para la atmósfera.

Objetivo de aprendizaje STB-2.B: Explicar las causas y efectos del smog fotoquímico y los métodos para reducirlo.

  • STB-2.B.1 El smog fotoquímico se forma cuando los óxidos de nitrógeno y los hidrocarburos orgánicos volátiles reaccionan con el calor y la luz solar para producir una variedad de contaminantes.
  • STB-2.B.2 Muchos factores ambientales afectan la formación del smog fotoquímico.
  • STB-2.B.3 Los óxidos de nitrógeno se producen temprano en el día. Las concentraciones de ozono alcanzan su punto máximo por la tarde y son más altas en verano porque el ozono se produce mediante reacciones químicas entre el oxígeno y la luz solar.
  • STB-2.B.4 Los Compuestos Orgánicos Volátiles (COV), como el formaldehído y la gasolina, se evaporan o subliman a temperatura ambiente. Los árboles son una fuente natural de COV.
  • STB-2.B.5 El smog fotoquímico a menudo se forma en áreas urbanas debido al gran número de vehículos automotores que allí hay.
  • STB-2.B.6 El smog fotoquímico puede reducirse mediante la disminución de los óxidos de nitrógeno y los COV.
  • STB-2.B.7 El smog fotoquímico puede dañar la salud humana de varias maneras, incluyendo causar problemas respiratorios e irritación ocular.

Fuente: College Board AP Course and Exam Description

El smog fotoquímico 光化学烟雾 se forma cuando la luz solar impulsa reacciones entre óxidos de nitrógeno y compuestos orgánicos volátiles procedentes de los gases de escape de los coches, produciendo ozono a nivel del suelo 臭氧. Es peor en ciudades soleadas con mucho tráfico y daña los pulmones. (El ozono a nivel del suelo es un contaminante, a diferencia de la capa protectora de ozono que se encuentra más arriba).

El horizonte de Los Angeles apenas visible a través de una espesa bruma gris-marrón, con coches en una autopista en primer plano
Smog fotoquímico sobre Los Ángeles: en un día soleado, los gases de escape de los coches reaccionan con la luz para formar una bruma marrón que oculta el horizonte urbano
7.3

Inversión Térmica

Syllabus

Comprensión Duradera (STB-2): Las actividades humanas tienen consecuencias físicas, químicas y biológicas para la atmósfera.

Objetivo de Aprendizaje STB-2.C: Describir la inversión térmica y su relación con la contaminación.

  • STB-2.C.1 Durante una inversión térmica, el gradiente de temperatura normal en la atmósfera se altera cuando la temperatura del aire en la superficie terrestre es más fría que la del aire a mayor altitud.
  • STB-2.C.2 La inversión térmica atrapa la contaminación cerca del suelo, especialmente el smog y las partículas.

Fuente: College Board AP Course and Exam Description

Inversión térmica

Una inversión térmica 逆温 atrapa la contaminación cerca del suelo. Normalmente, el aire cálido asciende y aleja los contaminantes, pero en una inversión, una capa de aire cálido se sitúa sobre el aire más frío, actuando como una tapa. Los contaminantes se acumulan debajo, causando episodios peligrosos de smog, especialmente en valles.

Normalmente, el aire cálido asciende y dispersa la contaminación; una inversión lo atrapa cerca del suelo
Normalmente el aire cálido asciende y dispersa la contaminación; una inversión la encierra cerca del suelo
Vocabulario Entrenar
Inglés Chino Pinyin
Air pollution/eə pəˈluːʃn/ 空气污染 kōng qì wū rǎn
Primary pollutants/ˈpraɪməri pəˈluːtənts/ 一次污染物 yī cì wū rǎn wù
secondary pollutants/ˈsekəndəri pəˈluːtənts/ 二次污染物 èr cì wū rǎn wù
Photochemical smog/ˌfəʊtəʊˈkemɪkl smɒɡ/ 光化学烟雾 guāng huà xué yān wù
ozone/ˈəʊzəʊn/ 臭氧 chòu yǎng
thermal inversion/ˈθɜːml ɪnˈvɜːʃn/ 逆温 nì wēn
Particulate matter/pəˈtɪkjʊleɪt ˈmætə/ 颗粒物 kē lì wù
radon/ˈreɪdɒn/ 氡 dōng
asbestos/æsˈbestəs/ 石棉 shí mián
catalytic converters/ˌkætəˈlɪtɪk kənˈvɜːtəz/ 催化转化器 cuī huà zhuǎn huà qì
7.4

CO2 Atmosférico y Partículas

Syllabus

Comprensión duradera (STB-2): Las actividades humanas tienen consecuencias físicas, químicas y biológicas para la atmósfera.

Objetivo de aprendizaje STB-2.D: Describir las fuentes naturales de $CO_2$ y de partículas.

  • STB-2.D.1 El $CO_2$ aparece naturalmente en la atmósfera a partir de fuentes como la respiración, la descomposición y las erupciones volcánicas.
  • STB-2.D.2 Existen una variedad de fuentes naturales de materia particulada.

Fuente: College Board AP Course and Exam Description

El aumento del atmosférico $\text{CO}_2$ procedente de los combustibles fósiles intensifica el efecto invernadero y calienta el clima. La materia particulada 颗粒物 (partículas sólidas/líquidas diminutas, PM2.5 y PM10) penetra profundamente en los pulmones, provocando enfermedades respiratorias y cardíacas, y reduce la visibilidad.

7.5

Contaminantes del Aire Interior

Syllabus

Comprensión perdurable (STB-2): Las actividades humanas tienen consecuencias físicas, químicas y biológicas para la atmósfera.

Objetivo de aprendizaje STB-2.E: Identificar los contaminantes del aire interior.

  • STB-2.E.1 El monóxido de carbono es un contaminante del aire interior que se clasifica como asfixiante.
  • STB-2.E.2 Los contaminantes del aire interior clasificados como partículas incluyen el amianto, el polvo y el humo.
  • STB-2.E.3 Los contaminantes del aire interior pueden provenir de fuentes naturales, fuentes artificiales y procesos de combustión.
  • STB-2.E.4 Los contaminantes del aire interior de origen natural comunes incluyen el radón, el moho y el polvo.
  • STB-2.E.5 Los contaminantes del aire interior de origen artificial comunes incluyen aislamientos, compuestos orgánicos volátiles (COV) procedentes de muebles, revestimientos y alfombras; formaldehído procedente de materiales de construcción, muebles, tapicería y alfombras; y plomo procedente de pinturas.
  • STB-2.E.6 Los contaminantes del aire procedentes de la combustión comunes incluyen el monóxido de carbono, los óxidos de nitrógeno, el dióxido de azufre, las partículas y el humo del tabaco.
  • STB-2.E.7 El Radón-222 es un gas radiactivo de origen natural que se produce por la desintegración del uranio presente en algunas rocas y suelos.

Objetivo de aprendizaje STB-2.F: Describir los efectos de los contaminantes del aire interior.

  • STB-2.F.1 El gas radón puede infiltrarse en las viviendas al ascender a través del suelo e ingresar mediante sótanos o grietas en las paredes o cimientos. También está disuelto en aguas subterráneas que entran en las viviendas a través de pozos.
  • STB-2.F.2 La exposición al gas radón puede provocar cáncer de pulmón inducido por radón, que es la segunda causa principal de cáncer de pulmón en Estados Unidos.

Fuente: College Board AP Course and Exam Description

El aire interior puede estar más contaminado que el exterior. Los contaminantes interiores comunes incluyen el radio 氡 (gas radiactivo procedente del suelo, riesgo de cáncer de pulmón), monóxido de carbono, amianto 石棉, humo de tabaco, moho y COV procedentes de pinturas y muebles. La ventilación y el control de fuentes reducen la exposición.

Una estufa interior: el humo de biomasa es un importante contaminante del aire interior en muchos hogares de todo el mundo
Una estufa de leña doméstica: el humo de la biomasa es un importante contaminante del aire interior en muchos hogares de todo el mundo
7.6

Reducción de Contaminantes del Aire

Syllabus

Comprensión perdurable (STB-2): Las actividades humanas tienen consecuencias físicas, químicas y biológicas para la atmósfera.

Objetivo de aprendizaje STB-2.G: Explicar cómo se pueden reducir los contaminantes del aire en su fuente.

  • STB-2.G.1 Los métodos para reducir los contaminantes del aire incluyen prácticas regulatorias, prácticas de conservación y combustibles alternativos.
  • STB-2.G.2 Una boquilla de recuperación de vapores es un dispositivo de control de contaminación atmosférica en una bomba de gasolina que impide que los vapores escapen a la atmósfera durante el repostaje de un vehículo motorizado.
  • STB-2.G.3 Un convertidor catalítico es un dispositivo de control de contaminación atmosférica para motores de combustión interna que convierte los contaminantes (CO, $NO_x$ e hidrocarburos) presentes en los gases de escape en moléculas menos nocivas ($CO_2$, $N_2$, $O_2$ y $H_2O$).
  • STB-2.G.4 Los lavadores húmedos y secos son dispositivos de control de contaminación atmosférica que eliminan partículas y/o gases de las corrientes de escape industriales.
  • STB-2.G.5 Los métodos para reducir la contaminación del aire originada por centrales eléctricas que queman carbón incluyen lavadores y precipitadores electrostáticos.

Fuente: College Board AP Course and Exam Description

La contaminación del aire se reduce mediante tecnología y política: catalizadores 催化转化器 en los automóviles, scrubbers 洗涤器和 precipitadores electrostáticos 静电除尘器 en chimeneas, combustibles más limpios y leyes como la Ley de Aire Limpio que establece límites de emisión. Reducir el uso de combustibles fósiles aborda la causa raíz.

Un convertidor catalítico transforma los nocivos NO y CO en N2 y CO2 inofensivos
Un convertidor catalítico transforma los nocivos NO y CO en N2 y CO2 inofensivos
Vocabulario Entrenar
Inglés Chino Pinyin
scrubbers/ˈskrʌbəz/ 洗涤器 xǐ dí qì
electrostatic precipitators/ɪˌlektrəʊˈstætɪk prɪˈsɪpɪteɪtəz/ 静电除尘器 jìng diàn chú chén qì
7.7

Lluvia Ácida

Syllabus

Comprensión Duradera (STB-2): Las actividades humanas tienen consecuencias físicas, químicas y biológicas para la atmósfera.

Objetivo de Aprendizaje STB-2.H: Describir la precipitación ácida.

  • STB-2.H.1 La lluvia ácida y la deposición son causadas por óxidos de nitrógeno y óxidos de azufre procedentes de fuentes antropogénicas y naturales en la atmósfera.
  • STB-2.H.2 Los óxidos de nitrógeno que causan la precipitación ácida provienen de vehículos automotores y plantas generadoras de energía a base de carbón. El dióxido de azufre que causa la precipitación ácida proviene de plantas generadoras de energía a base de carbón.

Objetivo de Aprendizaje STB-2.I: Describir los efectos de la precipitación ácida sobre el medio ambiente.

  • STB-2.I.1 La precipitación áfica afecta principalmente a las comunidades situadas bajo el viento respecto a las plantas generadoras de energía a base de carbón.
  • STB-2.I.2 La lluvia ácida y la deposición pueden provocar la acidificación de los suelos y los cuerpos de agua, así como la corrosión de estructuras hechas por el hombre.
  • STB-2.I.3 Las diferencias regionales en los suelos y la roca madre afectan el impacto que la precipitación ácida tiene en la región, como la capacidad de la roca caliza para neutralizar el efecto de la lluvia ácida sobre lagos y estanques.

Fuente: College Board AP Course and Exam Description

La lluvia ácida 酸雨 se forma cuando el dióxido de azufre y los óxidos de nitrógeno reaccionan con el agua en el aire para formar ácido sulfúrico y nítrico, que caen muy lejos viento abajo. Acidifica lagos y suelos (perjudicando peces y árboles), lixia nutrientes y corroe edificios. Reducir las emisiones de $\text{SO}_2$ y $\text{NO}_x$ es la solución.

Los óxidos de nitrógeno y azufre forman ácido nítrico y sulfúrico en la lluvia
Los óxidos de nitrógeno y azufre forman ácido nítrico y sulfúrico en la lluvia
Degradación forestal: la deposición ácida proveniente de SO2 y NOx puede dañar árboles lejos de la fuente
Deforestación: la deposición ácida procedente de SO2 y NOx puede dañar árboles muy lejos viento abajo de la fuente
Explorar

¿Qué tan ácida es la lluvia ácida?

La lluvia ácida se forma cuando los óxidos de azufre y nitrógeno se disuelven en la lluvia, reduciendo su pH muy por debajo del valor normal de ~5.6. Cada unidad de pH hacia abajo representa una acidez diez veces mayor.

Vocabulario Entrenar
Inglés Chino Pinyin
Acid rain/ˈæsɪd reɪn/ 酸雨 suān yǔ
noise pollution/nɔɪz pəˈluːʃn/ 噪声污染 zào shēng wū rǎn
hearing loss/ˈhɪərɪŋ lɒs/ 听力损失 tīng lì sǔn shī
stress/stres/ 压力 yā lì
wildlife/ˈwaɪldlaɪf/ 野生动物 yě shēng dòng wù
7.8

Contaminación por Ruido

Syllabus

Comprensión Duradera (STB-2): Las actividades humanas tienen consecuencias físicas, químicas y biológicas para la atmósfera.

Objetivo de Aprendizaje STB-2.J: Describir las actividades humanas que dan lugar a la contaminación por ruido y sus efectos.

  • STB-2.J.1 La contaminación por ruido es el sonido a niveles lo suficientemente altos como para causar estrés fisiológico y pérdida auditiva.
  • STB-2.J.2 Las fuentes de contaminación por ruido en áreas urbanas incluyen el transporte, la construcción y las actividades domésticas e industriales.
  • STB-2.J.3 Algunos efectos de la contaminación por ruido en los animales de los sistemas ecológicos incluyen el estrés, el enmascaramiento de sonidos utilizados para comunicarse o cazar, daños auditivos y cambios en las rutas migratorias.

Fuente: College Board AP Course and Exam Description

La contaminación por ruido 噪声污染 es sonido no deseado o nocivo en el entorno. Las principales fuentes son el tráfico rodado, aeronaves, trenes, industria y construcción. En personas, la exposición prolongada o fuerte provoca pérdida auditiva 听力损失, estrés 压力, privación de sueño y presión arterial alta. También afecta a la fauna silvestre 野生动物: enmascara los sonidos que usan los animales para comunicarse, orientarse y encontrar pareja, y el ruido submarino procedente de barcos es especialmente nocivo para ballenas y delfines. Se reduce mediante barreras acústicas, motores y silenciadores más silenciosos, y planificación urbana como zonas de amortiguación alrededor de aeropuertos.

Ejemplo resuelto. La lluvia normal tiene un pH de aproximadamente 5.6; una muestra de lluvia ácida mide pH 3.6. Debido a que el pH es una escala logarítmica de base-10, cada unidad es un cambio de $10\times$ en la concentración de iones de hidrógeno, por lo que pH 3.6 es $10^{(5.6-3.6)}=10^{2}=100$ veces más ácido que la lluvia normal. Ese salto cienfold es por qué la lluvia ácida daña hojas, suelos y piedra caliza tan rápidamente.

7.8

Consejos para el examen

  • Diferencie entre contaminantes primarios (emitidos directamente: CO, NOₓ, SO₂, partículas) y secundarios (se forman en el aire: ozono a nivel del suelo).
  • El ozono a nivel del suelo es un contaminante, pero la capa de ozono que se encuentra más arriba es protectora; no los confunda.
  • Explique cómo una inversión térmica atrapa la contaminación cerca del suelo.
  • La lluvia ácida (procedente de SO₂ y NOₓ) suele caer muy lejos viento abajo, convirtiéndola en un problema internacional.
  • Vincule los métodos de control con los contaminantes (catalizadores, scrubbers, combustibles más limpios, leyes de emisiones).

Lecciones interactivas sobre este tema

Trátalo paso a paso, con ejercicios de verificación instantánea.

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