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La contaminación por amoníaco es la causada por el químico amoníaco (NH3 ) , un compuesto de nitrógeno e hidrógeno que es un subproducto de la agricultura y la industria. Las formas más comunes incluyen la contaminación del aire por el gas amoníaco emitido por el purín agrícola en descomposición y las fábricas de fertilizantes , mientras que las fuentes naturales incluyen las minas de carbón en llamas de Jharia , el cáustico lago Natron y el guano de las colonias de aves marinas. El amoníaco gaseoso reacciona con otros contaminantes en el aire para formar partículas finas de sales de amonio , que afectan la respiración humana. El gas amoníaco también puede afectar la química del suelo en el que se asienta y, por ejemplo, degradará las condiciones requeridas por el musgo sphagnum y los brezos de las turberas . [1] [2] [3] [4]
El amoníaco también tiene efectos sobre los ecosistemas acuáticos y reduce la biodiversidad. [5] El amoníaco es tóxico para la vida acuática, lo que provoca un aumento de la mortalidad de los peces. [6] La contaminación por amoníaco también conduce a la eutrofización. La eutrofización es el crecimiento de algas que matan otras formas de vida acuática y crean zonas muertas. La contaminación por amoníaco afecta a los ecosistemas de agua dulce y salada de forma diferente debido a diferencias físicas y químicas.
La detección del amoníaco se facilita mediante el uso de paquetes de filtros y separadores de gases de tela. También se utilizan técnicas como la obtención de imágenes por satélite y el análisis del agua de lluvia. [7] Aún se desconoce mucho sobre el impacto de la contaminación por amoníaco, pero las crecientes tasas de emisión preocupan a los científicos. El nivel de amoníaco en la atmósfera era más del doble en 2010 que en 1940. [8] Muchos países reconocen ahora que el amoníaco es un contaminante importante y algunos han comenzado a tomar medidas para limitar sus emisiones. [7]
En la siguiente tabla se enumeran las fuentes de contaminación por amoníaco y su contribución porcentual a las emisiones globales de amoníaco. Las fuentes también se clasifican como antropogénicas (resultantes de los seres humanos) o naturales.
El amoníaco disminuye la biodiversidad de los ecosistemas terrestres y acuáticos y también forma aerosoles en la atmósfera que pueden causar complicaciones en la salud humana si se inhalan.
Las emisiones de amoníaco gaseoso ingresan al suelo y al agua de la Tierra a través de deposición húmeda y seca . El amoníaco acuoso , otra forma del compuesto, puede filtrarse directamente al suelo o fluir hacia los ecosistemas acuáticos. La contaminación terrestre y acuática por amoníaco disminuye la biodiversidad principalmente a través del proceso de nitrificación .
En entornos terrestres, el amoníaco aumenta la acidez del suelo (disminuye el pH) y causa eutrofización (una sobreabundancia de nutrientes). Ambos fenómenos ocurren como resultado directo de la nitrificación. En este proceso, el amoníaco se convierte en nitrato por acción de bacterias (generalmente de los géneros Nitrosomonas y Nitrobacter ) que realizan la siguiente reacción en dos pasos:
Paso 1: El amoníaco (NH 3 ) se oxida a nitrito (NO 2 − ) mediante:
Paso 2: El nitrito (NO 2 − ) se oxida a nitrato (NO 3 − )
Los productos de esta reacción incluyen iones de hidrógeno (H + ) que reducen el pH del suelo y conducen a la acidificación. El aumento de la acidez del suelo en el ecosistema conduce a una menor protección contra las temperaturas frías, la sequía, las enfermedades y las especies invasoras. El otro producto, el nitrato (NO 3 − ), es un nutriente clave para el crecimiento de las plantas. Este exceso de nitrato de la nitrificación del amoníaco favorece a las plantas nitrófilas (aquellas que prefieren altas concentraciones de nitrato) y perjudica a otras. Por ejemplo, un aumento en las poblaciones de plantas nitrófilas hace sombra a otras plantas de la luz solar necesaria. Los grupos de plantas sensibles como el liquen y el musgo son particularmente susceptibles a la contaminación por amoníaco y los hábitats como pantanos , turberas , pastizales , brezales y bosques se ven afectados principalmente. [17] [18]
En el ganado, las altas concentraciones de amoníaco se han relacionado con ascitis, irritación gastrointestinal y enfermedades respiratorias. Estos problemas son fácilmente observables en las aves de corral, específicamente en los pavos. Se ha demostrado que los pavos tienen irritación de la tráquea con 10 ppm y con más de 20 ppm tienen una mayor tasa de contraer la enfermedad de Newcastle. Por encima de 25 ppm, la tasa de crecimiento y el peso corporal se reducen. Por encima de 50 ppm, hay un aumento de los niveles de queratoconjuntivitis y traqueítis. Estas complicaciones traqueales y pulmonares hacen que los pavos sean más propensos a contraer infecciones como E. coli. [19]
El amoníaco se filtra en el ecosistema acuático de muchas formas diferentes, tanto de fuentes antropogénicas (aguas residuales, fertilizantes y desechos industriales) como naturales (fijación de nitrógeno y deposición en el aire). [20] El amoníaco es tóxico para la mayoría de la vida acuática, incluidos peces, corales y crustáceos planctónicos. [21] El amoníaco puede tener 2 formas diferentes en el agua.
Esta reacción muestra cómo el amoniaco se transforma en amonio en el agua y genera un ion hidróxido. La forma que adopta el amoniaco en el agua también depende del pH y la temperatura. Las aguas que son más básicas tienen más amoniaco en comparación con la cantidad de amonio. [21] El amoniaco es directamente tóxico para la vida acuática, mientras que el amonio no lo es. Esto se debe a que el amoniaco puede difundirse a través de las membranas celulares, pero el amonio no puede. [22] Esto significa que cuanto más básicas sean las aguas, más tóxica será la contaminación por amoniaco para la vida acuática.
Los sistemas de agua dulce suelen estar limitados por el nitrógeno. [23] Esto significa que el aumento de nitrógeno en los ecosistemas de agua dulce puede aumentar la productividad primaria de las plantas y las algas. Cuando se añade demasiado nitrógeno al agua, las algas pueden aumentar su producción tan rápidamente que se produce la eutrofización . [24] La eutrofización es un aumento del crecimiento de las algas que hace que el oxígeno disuelto en el agua disminuya. Esta disminución crea aguas hipóxicas que causan la muerte de otras formas de vida acuática, como los peces. Esto disminuye la cantidad de biodiversidad en las aguas donde esto ocurre. [5]
El amoníaco también es directamente tóxico para los peces y, a medida que aumenta la cantidad de amoníaco, más se acumula en sus cuerpos y se hace más difícil para los animales eliminarlo de sus cuerpos. Las aguas dulces tienden a tener un amplio rango de valores de pH, de 6,5 a 9. [25] Las aguas dulces que tienen un pH más alto serían más sensibles a los aumentos de amoníaco debido al equilibrio entre amoníaco y amonio y la vida acuática se vería más afectada. El amoníaco causa estrés en los peces y daña los órganos internos, lo que eventualmente conducirá a la muerte. [6]
Los sistemas de agua salada también suelen estar limitados por el nitrógeno. La eutrofización también puede ocurrir en agua salada debido al aumento de amoníaco disponible, sin embargo, es más común en aguas dulces porque tienen una circulación limitada y aguas menos profundas. [26] El pH del océano tiende a ser de alrededor de 8,1, lo que significa que el amonio es más abundante que el amoníaco, sin embargo, cuando el pH aumenta, como ocurre cuando las tasas de producción primaria son altas, el amoníaco se vuelve más abundante. Esto también significa que hay más efectos tóxicos que en el agua dulce, que puede ser más ácida.
El amoníaco en los ecosistemas de agua salada tendrá efectos similares en los peces que el amoníaco en los ecosistemas de agua dulce. Otro animal acuático que se ve afectado por las cantidades crecientes de amoníaco es el coral . Los corales son muy importantes para la diversidad de los océanos y el aumento de las concentraciones de amoníaco en el agua está dañando las bacterias que se encuentran en el coral. [27] El coral y las bacterias están en una relación simbiótica y la muerte de las bacterias conduce al blanqueamiento del coral y la muerte. Los corales sustentan la biodiversidad en el océano y la pérdida de arrecifes de coral conduce a una disminución de la biodiversidad.
Además de su impacto en los ecosistemas, la contaminación por amoníaco plantea riesgos significativos para la salud humana. El amoníaco gaseoso que no se deposita forma aerosoles al combinarse con otras emisiones como el dióxido de azufre (SO 2 ) y los óxidos de nitrógeno (NO X ). Las reacciones atmosféricas entre el dióxido de azufre, los óxidos de nitrógeno, los productos intermedios y otros gases finalmente dan lugar a la formación de nitrato de amonio (NH 4 NO 3 ) y bisulfato de amonio (NH 4 HSO 4 ) por las siguientes vías:
Estos aerosoles de amonio (NH 4 ) resultantes se clasifican como partículas finas (PM2,5 o partículas de menos de 2,5 micrones de tamaño). El pequeño tamaño de las partículas PM2,5 les permite entrar en los pulmones y el torrente sanguíneo a través de la inhalación. Las partículas de amonio pueden causar complicaciones como asma , cáncer de pulmón , problemas cardiovasculares, defectos de nacimiento y muerte prematura en humanos. Las PM2,5 de amonio más pequeñas también pueden viajar distancias mayores (100-1000 km) en comparación con el amoníaco sin reaccionar (menos de 10-100 km) en la atmósfera. [4] Algunos países como China se han centrado en reducir las emisiones de SO 2 y NO X , sin embargo, el aumento de la contaminación por NH 3 todavía da como resultado la formación de PM2,5 y reduce la calidad del aire. [28] A pesar de los esfuerzos por reducir las emisiones de dióxido de azufre y óxidos de nitrógeno, la presencia persistente de contaminación por amoníaco sigue planteando desafíos para la gestión de la calidad del aire, en particular en áreas densamente pobladas como los centros urbanos [29]
La contaminación por amoníaco se mide más comúnmente por su presencia en la atmósfera. No tiene un sistema de retransmisión automático como ocurre con otras mediciones de contaminantes como el dióxido de carbono ; por lo tanto, las muestras de amoníaco deben recolectarse mediante otros métodos, incluidos paquetes de filtros, desoxidantes de tejidos, imágenes satelitales y análisis de agua de lluvia.
Los paquetes de filtros consisten en una bomba de aire equipada con un filtro de teflón y fibra de vidrio . La bomba aspira aire y los filtros eliminan las partículas de amoníaco. El filtro de teflón y fibra de vidrio están recubiertos de ácido cítrico que reacciona con las partículas de amoníaco ligeramente básicas. Esta reacción básicamente "pega" el amoníaco en su lugar. Más tarde, el filtro se prueba con el reactivo de Nessler (un indicador de amoníaco) y un espectrofotómetro lee la cantidad de amoníaco presente. [30]
Los desnudores de tejidos funcionan mediante un muestreo pasivo (no se utiliza ninguna bomba y la recolección depende únicamente del flujo de aire). Un tubo equipado con filtros de tela a cada lado sirve como túnel por el que se difunde el aire. La tela está recubierta de ácido fosfórico que atrae el gas amoniaco (una base). El aire fluye a través del tubo y el amoniaco se adhiere a los filtros, que luego se pueden analizar para determinar las concentraciones de NH3 utilizando el reactivo de Nessler y un espectrofotómetro. [30]
Los sistemas de satélites miden las señales de los gases en la atmósfera a lo largo del tiempo. Las señales de amoníaco se representan gráficamente, lo que permite estimar su prevalencia en el aire y dónde se concentra más. La NASA ha estado utilizando imágenes satelitales para monitorear las emisiones de amoníaco desde 2008. [7]
Se recogen cubos de lluvia y luego se analizan para detectar amoníaco utilizando las técnicas descritas anteriormente. Esto proporciona la concentración de gas amoníaco atrapado en el vapor de agua atmosférico. [7]
Aunque actualmente se reconoce que el amoníaco es un contaminante atmosférico potencialmente peligroso, sólo algunos países han adoptado medidas adicionales para reducir sus emisiones. Las estrategias de reducción se centran principalmente en el control de las prácticas agrícolas. En particular, las prácticas de agricultura de conservación pueden reducir las emisiones de amoníaco. [31]
Desde 1999, la Unión Europea ha adoptado dos políticas para prevenir la contaminación por amoníaco: el Protocolo de Gotemburgo (1999) y la Directiva sobre protección y control integrados de la contaminación (1999). La Directiva sobre techos nacionales de emisión también entró en vigor en 2001 para reducir aún más las emisiones de NH3 . El Protocolo de Gotemburgo se revisó en 2012 para establecer nuevos límites máximos más estrictos para el amoníaco hasta 2020 e incluir a todos los países de la UE-27. El Reino Unido , en particular, ha anunciado que planea reducir las emisiones en un 16% para 2030, pero no se han promulgado nuevas políticas. [32]
Las normas sobre contaminación por amoníaco se centran principalmente en la mitigación mediante mejores prácticas agrícolas. Un cambio sugerido es mantener el estiércol y los fertilizantes en grandes tanques de almacenamiento para evitar que se escurran y volatilicen en el aire. Otra estrategia consiste en alimentar al ganado con dietas menos densas en proteínas. Esto daría como resultado que menos proteínas nitrogenadas (incluido el amoníaco) terminen en el estiércol. Una última idea es utilizar menos fertilizantes a base de urea y amonio, que son propensos a volatilizarse en amoníaco. [9] [32]
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