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Lluvia ácida

Los procesos involucrados en la deposición ácida (sólo SO 2 y NO x ) juegan un papel importante en la lluvia ácida.
Las nubes ácidas pueden crecer sobre las emisiones de SO2 de las refinerías, como se ve aquí en Curazao .

La lluvia ácida es la lluvia o cualquier otra forma de precipitación que es inusualmente ácida , lo que significa que tiene niveles elevados de iones de hidrógeno ( pH bajo ). La mayoría del agua, incluida el agua potable, tiene un pH neutro que existe entre 6,5 y 8,5, pero la lluvia ácida tiene un nivel de pH inferior a este y varía de 4 a 5 en promedio. [1] [2] Cuanto más ácida sea la lluvia ácida, más bajo será su pH. [2] La lluvia ácida puede tener efectos nocivos en las plantas, los animales acuáticos y la infraestructura. La lluvia ácida es causada por emisiones de dióxido de azufre y óxido de nitrógeno , que reaccionan con las moléculas de agua en la atmósfera para producir ácidos.

Se ha demostrado que la lluvia ácida tiene efectos adversos sobre los bosques, las aguas dulces , los suelos, los microbios, los insectos y las formas de vida acuáticas. [3] En los ecosistemas , la lluvia ácida persistente reduce la durabilidad de la corteza de los árboles, dejando a la flora más susceptible a los factores estresantes ambientales como la sequía, el calor/frío y la infestación de plagas. La lluvia ácida también es capaz de perjudicar la composición del suelo al despojarlo de nutrientes como el calcio y el magnesio que desempeñan un papel en el crecimiento de las plantas y el mantenimiento de un suelo saludable. En términos de infraestructura humana, la lluvia ácida también provoca el descascaramiento de la pintura, la corrosión de estructuras de acero como puentes y el desgaste de edificios de piedra y estatuas, además de tener impactos en la salud humana. [4] [5] [6] [7]

Algunos gobiernos, incluidos los de Europa y América del Norte , han realizado esfuerzos desde la década de 1970 para reducir la liberación de dióxido de azufre y óxido de nitrógeno a la atmósfera mediante regulaciones sobre la contaminación del aire. Estos esfuerzos han tenido resultados positivos debido a la amplia investigación sobre la lluvia ácida a partir de la década de 1960 y la información publicada sobre sus efectos nocivos. [8] [9] La principal fuente de compuestos de azufre y nitrógeno que dan lugar a la lluvia ácida son antropogénicos , pero los óxidos de nitrógeno también pueden producirse de forma natural por los rayos y el dióxido de azufre se produce por erupciones volcánicas . [10]

Definición

La "lluvia ácida" es aquella lluvia con un pH inferior a 5. [11] La lluvia "limpia" o no contaminada tiene un pH mayor a 5 pero aún menor a pH = 7 debido a la acidez causada por el ácido carbónico según las siguientes reacciones:

H2O + CO2 ⇌ H2CO3​​​
H2O + H2CO3⇌HCO​​​ ​−3+ H3O +​

Una variedad de fuentes naturales y artificiales contribuyen a la acidez. Por ejemplo, el ácido nítrico producido por descargas eléctricas en la atmósfera, como los rayos . [12] Las fuentes antropogénicas habituales son el dióxido de azufre y el óxido de nitrógeno . Reaccionan con el agua (al igual que el dióxido de carbono) para dar soluciones con un pH < 5. [2] Se han reportado lecturas ocasionales de pH en el agua de lluvia y niebla muy por debajo de 2,4 en áreas industrializadas. [13]

Historia

La lluvia ácida se estudió sistemáticamente por primera vez en Europa, en la década de 1960, y en Estados Unidos y Canadá, en la década siguiente.

En Europa

El efecto corrosivo del aire contaminado y ácido de la ciudad sobre la piedra caliza y el mármol fue observado en el siglo XVII por John Evelyn , quien remarcó el mal estado de los mármoles de Arundel . [14] Desde la Revolución Industrial , las emisiones de dióxido de azufre y óxidos de nitrógeno a la atmósfera han aumentado. [13] [15] En 1852, Robert Angus Smith fue el primero en demostrar la relación entre la lluvia ácida y la contaminación atmosférica en Manchester , Inglaterra. [16] Smith acuñó el término "lluvia ácida" en 1872. [17]

A finales de los años 1960, los científicos comenzaron a observar y estudiar ampliamente el fenómeno. [18] Al principio, el foco principal de esta investigación recaía en los efectos locales de la lluvia ácida. Waldemar Christofer Brøgger fue el primero en reconocer el transporte de contaminantes a larga distancia cruzando fronteras desde el Reino Unido a Noruega, un problema estudiado sistemáticamente por Brynjulf ​​Ottar en los años 1970. [19] El trabajo de Ottar estuvo fuertemente influenciado [20] por el científico sueco del suelo Svante Odén , quien había llamado la atención generalizada sobre el problema de la lluvia ácida en Europa en periódicos populares y escribió un artículo histórico sobre el tema en 1968. [21] [22] [23]

En los Estados Unidos

Desde 1998, la Universidad de Harvard envuelve cada invierno algunas de las estatuas de bronce y mármol de su campus, como esta " estela china ", con cubiertas impermeables para protegerlas de la corrosión causada por la lluvia ácida y la nieve ácida [24].

El primer informe sobre la lluvia ácida en los Estados Unidos provino de evidencia química reunida en el valle de Hubbard Brook ; la conciencia pública sobre la lluvia ácida en los Estados Unidos aumentó en la década de 1970 después de que The New York Times informara sobre estos hallazgos. [25] [26]

En 1972, un grupo de científicos, entre ellos Gene Likens , descubrió que la lluvia que se depositaba en las Montañas Blancas de New Hampshire era ácida. El pH de la muestra se midió y fue de 4,03 en Hubbard Brook. [27] El Estudio del Ecosistema de Hubbard Brook siguió con una serie de estudios de investigación que analizaron los efectos ambientales de la lluvia ácida. La alúmina de los suelos neutralizó la lluvia ácida que se mezcló con el agua del arroyo en Hubbard Brook. [28] El resultado de esta investigación indicó que la reacción química entre la lluvia ácida y el aluminio conduce a una tasa creciente de erosión del suelo. La investigación experimental examinó los efectos del aumento de la acidez en los arroyos sobre las especies ecológicas. En 1980, los científicos modificaron la acidez de Norris Brook, New Hampshire, y observaron el cambio en el comportamiento de las especies. Hubo una disminución en la diversidad de especies, un aumento en los dominantes de la comunidad y una reducción en la complejidad de la red alimentaria . [29]

En 1980, el Congreso de los Estados Unidos aprobó una Ley de Deposición Ácida. [30] Esta ley estableció un programa de evaluación e investigación de 18 años bajo la dirección del Programa Nacional de Evaluación de Precipitaciones Ácidas (NAPAP). NAPAP amplió una red de sitios de monitoreo para determinar cuán ácida era la precipitación, buscando determinar tendencias a largo plazo, y estableció una red para la deposición seca. Utilizando un diseño de muestreo basado en estadísticas, NAPAP cuantificó los efectos de la lluvia ácida a nivel regional al enfocar la investigación y los estudios para identificar y cuantificar el impacto de la precipitación ácida en los ecosistemas terrestres y de agua dulce. NAPAP también evaluó los efectos de la lluvia ácida en edificios históricos, monumentos y materiales de construcción. También financió estudios extensos sobre procesos atmosféricos y posibles programas de control.

Desde el principio, los defensores de políticas de todos los bandos intentaron influir en las actividades del NAPAP para apoyar sus iniciativas de promoción de políticas específicas o para desacreditar las de sus oponentes. [30] Para la empresa científica del gobierno de los EE.UU., un impacto significativo del NAPAP fueron las lecciones aprendidas en el proceso de evaluación y en la gestión de la investigación ambiental para un grupo relativamente grande de científicos, administradores de programas y el público. [31]

En 1981, la Academia Nacional de Ciencias estaba investigando sobre las controvertidas cuestiones relacionadas con la lluvia ácida. [32] El presidente Ronald Reagan desestimó los problemas de la lluvia ácida [33] hasta su visita personal a Canadá y confirmó que la frontera canadiense sufría la contaminación derivada de las chimeneas originadas en el Medio Oeste de los EE . UU. Reagan honró el acuerdo con el Primer Ministro canadiense Pierre Trudeau para la aplicación de la regulación anticontaminación. [34] En 1982, Reagan encargó a William Nierenberg que formara parte del Consejo Nacional de Ciencias . [35] Nierenberg seleccionó a científicos, incluido Gene Likens, para formar parte de un panel para redactar un informe sobre la lluvia ácida. En 1983, el panel de científicos presentó un borrador del informe, que concluyó que la lluvia ácida es un problema real y que se deben buscar soluciones. [36] La Oficina de Política Científica y Tecnológica de la Casa Blanca revisó el borrador del informe y envió las sugerencias de Fred Singer al informe, que pusieron en duda la causa de la lluvia ácida. [37] Los panelistas manifestaron su rechazo a las posiciones de Singer y presentaron el informe a Nierenberg en abril. En mayo de 1983, la Cámara de Representantes votó en contra de la legislación que tenía como objetivo controlar las emisiones de azufre. Hubo un debate sobre si Nierenberg había demorado la publicación del informe. El propio Nierenberg negó las afirmaciones sobre su supresión del informe y afirmó que el informe fue retenido después de la votación de la Cámara porque no estaba listo para ser publicado. [38]

En 1991, el Programa Nacional de Evaluación de Precipitaciones Ácidas (NAPAP) de los Estados Unidos proporcionó su primera evaluación de la lluvia ácida en los Estados Unidos. [39] Informó que el 5% de los lagos de Nueva Inglaterra eran ácidos, siendo los sulfatos el problema más común. Observaron que el 2% de los lagos ya no podían soportar la trucha de arroyo y el 6% de los lagos no eran adecuados para la supervivencia de muchas especies de pececillos. Los informes posteriores al Congreso han documentado cambios químicos en los ecosistemas del suelo y de agua dulce, saturación de nitrógeno, disminuciones en las cantidades de nutrientes en el suelo, acidificación episódica, neblina regional y daños a los monumentos históricos.

Mientras tanto, en 1990, el Congreso de los Estados Unidos aprobó una serie de enmiendas a la Ley de Aire Limpio . [40] El Título IV de estas enmiendas estableció un sistema de límite y comercio diseñado para controlar las emisiones de dióxido de azufre y óxidos de nitrógeno. [41] Ambas emisiones demostraron causar un problema significativo en los ciudadanos estadounidenses y su acceso a un aire limpio y saludable. [42] El Título IV exigía una reducción total de alrededor de 10 millones de toneladas de emisiones de SO2 de las centrales eléctricas, cerca de una reducción del 50%. [41] Se implementó en dos fases. La Fase I comenzó en 1995 y limitó las emisiones de dióxido de azufre de 110 de las centrales eléctricas más grandes a un total combinado de 8,7 millones de toneladas de dióxido de azufre. Una central eléctrica en Nueva Inglaterra (Merrimack) estaba en la Fase I. Otras cuatro plantas (Newington, Mount Tom, Brayton Point y Salem Harbor) se agregaron bajo otras disposiciones del programa. La Fase II comenzó en 2000 y afecta a la mayoría de las centrales eléctricas del país.

Durante la década de 1990, la investigación continuó. El 10 de marzo de 2005, la EPA emitió la Norma Interestatal de Aire Limpio (CAIR, por sus siglas en inglés). Esta norma ofrece a los estados una solución al problema de la contaminación de las centrales eléctricas que se desplaza de un estado a otro. La CAIR limitará permanentemente las emisiones de SO2 y NOx en el este de los Estados Unidos. Cuando se implemente por completo [ ¿cuándo? ] , la CAIR reducirá las emisiones de SO2 en 28 estados del este y el Distrito de Columbia en más del 70% y las emisiones de NOx en más del 60% con respecto a los niveles de 2003. [43]

En general, el programa de topes y comercio de emisiones ha logrado sus objetivos. Desde los años 1990, las emisiones de SO2 han disminuido un 40% y, según el Instituto de Investigación del Pacífico , los niveles de lluvia ácida han disminuido un 65% desde 1976. [44] En la Unión Europea se utilizó una regulación convencional, que vio una disminución de más del 70% en las emisiones de SO2 durante el mismo período. [45]

En 2007, las emisiones totales de SO 2 fueron de 8,9 millones de toneladas, lo que permitió alcanzar el objetivo a largo plazo del programa antes de la fecha límite reglamentaria de 2010. [46]

En 2007, la EPA estimó que, para 2010, los costos generales de cumplir con el programa para las empresas y los consumidores serían de 1.000 a 2.000 millones de dólares al año, sólo una cuarta parte de lo que se había previsto originalmente. [44] Forbes afirma: "En 2010, cuando el sistema de límites máximos y comercio de emisiones había sido ampliado por la Norma Interestatal de Aire Limpio de la administración de George W. Bush, las emisiones de SO2 habían caído a 5,1 millones de toneladas". [47]

El término ciencia ciudadana se remonta a enero de 1989, cuando la Sociedad Audubon realizó una campaña para medir la lluvia ácida. El científico Muki Haklay cita en un informe de políticas para el Centro Wilson titulado 'Ciencia ciudadana y política: una perspectiva europea' un primer uso del término 'ciencia ciudadana' por parte de R. Kerson en la revista MIT Technology Review de enero de 1989. [48] [49] Citando el informe del Centro Wilson: "La nueva forma de participación en la ciencia recibió el nombre de 'ciencia ciudadana'. El primer ejemplo registrado del uso del término es de 1989, y describe cómo 225 voluntarios en todo Estados Unidos recogieron muestras de lluvia para ayudar a la Sociedad Audubon en una campaña de concienciación sobre la lluvia ácida. Los voluntarios recogieron muestras, comprobaron la acidez e informaron a la organización. La información se utilizó luego para demostrar la magnitud total del fenómeno". [48] [49]

En Canadá

El canadiense Harold Harvey fue uno de los primeros en investigar un lago "muerto". En 1971, él y RJ Beamish publicaron un informe, "Acidification of the La Cloche Mountain Lakes", en el que documentaban el deterioro gradual de las poblaciones de peces en 60 lagos del parque Killarney en Ontario, que habían estado estudiando sistemáticamente desde 1966. [50]

En los años 1970 y 1980, la lluvia ácida fue un tema importante de investigación en el Área Experimental de Lagos (ELA) en el Noroeste de Ontario, Canadá . [51] Los investigadores agregaron ácido sulfúrico a lagos enteros en experimentos de ecosistemas controlados para simular los efectos de la lluvia ácida. Debido a que sus condiciones remotas permitieron experimentos en todo el ecosistema, la investigación en el ELA mostró que el efecto de la lluvia ácida en las poblaciones de peces comenzó en concentraciones mucho más bajas que las observadas en experimentos de laboratorio. [52] En el contexto de una red alimentaria , las poblaciones de peces colapsaron antes que cuando la lluvia ácida tuvo efectos tóxicos directos para los peces porque la acidez provocó caídas en las poblaciones de presas (por ejemplo, los mísidos ). [52] A medida que se redujeron los aportes de ácido experimental, las poblaciones de peces y los ecosistemas lacustres se recuperaron al menos parcialmente, aunque las poblaciones de invertebrados aún no han regresado completamente a las condiciones de referencia. [53] Esta investigación demostró que la acidificación estaba vinculada a la disminución de las poblaciones de peces y que los efectos podrían revertirse si las emisiones de ácido sulfúrico disminuyeran, e influyó en las políticas de Canadá y los Estados Unidos. [51]

En 1985, siete provincias canadienses (todas excepto Columbia Británica , Alberta y Saskatchewan ) y el gobierno federal firmaron el Programa de Lluvia Ácida del Este de Canadá. [54] Las provincias acordaron limitar sus emisiones combinadas de dióxido de azufre a 2,3 millones de toneladas para 1994. El Acuerdo de Calidad del Aire Canadá-Estados Unidos se firmó en 1991. [54] En 1998, todos los Ministros federales, provinciales y territoriales de Energía y Medio Ambiente firmaron la Estrategia de Lluvia Ácida para todo Canadá después de 2000, que fue diseñada para proteger los lagos que son más sensibles que los protegidos por políticas anteriores. [54]

En la India

Un mayor riesgo podría ser el aumento esperado de las emisiones totales de azufre de 4.400 kilotoneladas (kt) en 1990 a 6.500 kt en 2000, 10.900 kt en 2010 y 18.500 en 2020. [55]

Emisiones de sustancias químicas que provocan acidificación

El gas más importante que provoca la acidificación es el dióxido de azufre. Las emisiones de óxidos de nitrógeno que se oxidan para formar ácido nítrico son cada vez más importantes debido a los controles más estrictos sobre las emisiones de compuestos de azufre. 70 Tg(S) por año en forma de SO2 provienen de la quema de combustibles fósiles y la industria, 2,8 Tg(S) de los incendios forestales y 7–8 Tg(S) por año de los volcanes . [56]

Fenómenos naturales

Los principales fenómenos naturales que aportan gases productores de ácido a la atmósfera son las emisiones de los volcanes. [58] Así, por ejemplo, las fumarolas del cráter de la Laguna Caliente del volcán Poás crean cantidades extremadamente altas de lluvia ácida y niebla, con una acidez tan alta como un pH de 2, limpiando un área de cualquier vegetación y causando con frecuencia irritación a los ojos y pulmones de los habitantes de los asentamientos cercanos. Los gases productores de ácido también son creados por procesos biológicos que ocurren en la tierra, en los humedales y en los océanos . La principal fuente biológica de compuestos de azufre es el sulfuro de dimetilo .

El ácido nítrico en el agua de lluvia es una fuente importante de nitrógeno fijado para la vida vegetal, y también es producido por la actividad eléctrica en la atmósfera, como los rayos . [59]

Se han detectado depósitos ácidos en hielo glacial de miles de años de antigüedad en zonas remotas del planeta. [60]

Actividad humana

La central eléctrica de carbón de Gavin en Cheshire, Ohio

La principal causa de la lluvia ácida son los compuestos de azufre y nitrógeno de origen humano, como la generación de electricidad , la ganadería , las fábricas y los vehículos de motor . [61] Entre ellas se incluyen las centrales eléctricas, que utilizan generadores de energía eléctrica que representan una cuarta parte de los óxidos de nitrógeno y dos tercios del dióxido de azufre de la atmósfera. [62] La lluvia ácida industrial es un problema importante en China y Rusia [63] [64] y en las zonas situadas a sotavento de ellas. Todas estas zonas queman carbón que contiene azufre para generar calor y electricidad. [65]

El problema de la lluvia ácida no sólo ha aumentado con el crecimiento demográfico e industrial, sino que se ha extendido. El uso de chimeneas altas para reducir la contaminación local ha contribuido a la propagación de la lluvia ácida al liberar gases en la circulación atmosférica regional; la dispersión de estas chimeneas más altas hace que los contaminantes sean transportados más lejos, causando un daño ecológico generalizado. [60] [66] A menudo, la deposición se produce a una distancia considerable a sotavento de las emisiones, y las regiones montañosas tienden a recibir la mayor deposición (debido a sus mayores precipitaciones). Un ejemplo de este efecto es el bajo pH de la lluvia que cae en Escandinavia . En cuanto a los bajos niveles de pH y los desequilibrios de pH en correlación con la lluvia ácida, los niveles bajos, o aquellos por debajo del valor de pH de 7, se consideran ácidos. La lluvia ácida cae a un valor de pH de aproximadamente 4, lo que la hace nociva para el consumo humano. Cuando estos niveles bajos de pH caen en regiones específicas, no sólo afectan al medio ambiente sino también a la salud humana. Los niveles de pH ácido en los seres humanos provocan pérdida de cabello, pH urinario bajo, desequilibrios minerales graves, estreñimiento y muchos casos de trastornos crónicos como fibromialgia y carcinoma basal. [67]

Proceso químico

La combustión de combustibles y la fundición de algunos minerales producen dióxido de azufre y óxidos nítricos, que se convierten en ácido sulfúrico y ácido nítrico. [68]

En la fase gaseosa, el dióxido de azufre se oxida a ácido sulfúrico :

SO2 + 0,5 O2 + H2O → H2SO4​​

El dióxido de nitrógeno reacciona con radicales hidroxilo para formar ácido nítrico:

Esto muestra el proceso de liberación de la contaminación del aire a la atmósfera y las áreas que se verán afectadas.
NO2 +OH· → HNO3

Los mecanismos detallados dependen de la presencia de agua y trazas de hierro y manganeso . Además del O2 , existen otros oxidantes capaces de provocar estas reacciones, entre ellos el ozono , el peróxido de hidrógeno y el oxígeno . [16]

Deposición ácida

Deposición húmeda

La deposición húmeda de ácidos ocurre cuando cualquier forma de precipitación (lluvia, nieve, etc.) elimina ácidos de la atmósfera y los lleva a la superficie de la Tierra. Esto puede resultar de la deposición de ácidos producidos en las gotas de lluvia (ver química de la fase acuosa más arriba) o de la precipitación que elimina los ácidos ya sea en las nubes o debajo de ellas. La eliminación húmeda tanto de gases como de aerosoles es importante para la deposición húmeda. [2]

Las plantas CAM se encuentran predominantemente en ambientes áridos, donde la disponibilidad de agua es limitada.

Deposición seca

La deposición ácida también se produce por deposición seca en ausencia de precipitación. Esta puede ser responsable de hasta un 20 a 60% de la deposición ácida total. [69] Esto ocurre cuando partículas y gases se adhieren al suelo, plantas u otras superficies. [2]

Efectos adversos

Se ha demostrado que la lluvia ácida tiene efectos adversos sobre los bosques, las aguas dulces y los suelos, matando insectos y formas de vida acuáticas, además de causar daños a los edificios y tener efectos sobre la salud humana.

Aguas superficiales y animales acuáticos

No todos los peces, mariscos o insectos que comen pueden tolerar la misma cantidad de ácido; por ejemplo, las ranas pueden tolerar agua más ácida (es decir, con un pH más bajo) que la trucha.

El ácido sulfúrico y el ácido nítrico tienen múltiples impactos en los ecosistemas acuáticos, incluyendo la acidificación, el aumento del contenido de nitrógeno y aluminio y la alteración de los procesos biogeoquímicos . [70] Tanto el pH más bajo como las concentraciones más altas de aluminio en el agua superficial que se producen como resultado de la lluvia ácida pueden causar daños a los peces y otros animales acuáticos. A un pH inferior a 5, la mayoría de los huevos de peces no eclosionan y un pH más bajo puede matar a los peces adultos. A medida que los lagos y ríos se vuelven más ácidos, se reduce la biodiversidad . La lluvia ácida ha eliminado la vida de los insectos y algunas especies de peces, incluida la trucha de arroyo en algunos lagos, arroyos y riachuelos en áreas geográficamente sensibles, como las montañas Adirondack de los Estados Unidos. [71]

Sin embargo, el grado en que la lluvia ácida contribuye directa o indirectamente a través de la escorrentía de la cuenca a la acidez de lagos y ríos (es decir, dependiendo de las características de la cuenca hidrográfica circundante) es variable. El sitio web de la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA) afirma: "De los lagos y arroyos estudiados, la lluvia ácida causó acidez en el 75% de los lagos ácidos y aproximadamente el 50% de los arroyos ácidos". [71] Los lagos alojados en rocas de basamento de silicato son más ácidos que los lagos dentro de piedra caliza u otras rocas de basamento con una composición de carbonato (es decir, mármol) debido a los efectos amortiguadores de los minerales de carbonato, incluso con la misma cantidad de lluvia ácida. [72] [ cita requerida ]

Suelos

La biología y la química del suelo pueden verse seriamente dañadas por la lluvia ácida. Algunos microbios no pueden tolerar cambios en el pH y mueren. [73] Las enzimas de estos microbios se desnaturalizan (cambian de forma y dejan de funcionar) por el ácido. Los iones hidronio de la lluvia ácida también movilizan toxinas , como el aluminio, y eliminan nutrientes y minerales esenciales como el magnesio . [5]

2 H + (ac) + Mg 2+ (arcilla) ⇌ 2 H + (arcilla) + Mg 2+ (ac)

La química del suelo puede cambiar drásticamente cuando los cationes básicos, como el calcio y el magnesio, son lixiviados por la lluvia ácida, afectando así a especies sensibles, como el arce azucarero ( Acer saccharum ). [74]

Acidificación del suelo

Diagrama de lixiviación de nutrientes en suelo con altos niveles de acidez del suelo.

Los efectos del agua ácida y la acidificación del suelo sobre las plantas pueden ser menores o, en la mayoría de los casos, mayores. La mayoría de los casos menores que no resultan en la muerte de la planta se pueden atribuir a que las plantas son menos susceptibles a las condiciones ácidas y/o a que la lluvia ácida es menos potente. Sin embargo, incluso en casos menores, la planta acabará muriendo debido a que el agua ácida reduce el pH natural de la planta. [75] El agua ácida entra en la planta y hace que los minerales importantes de la planta se disuelvan y se los lleven; lo que finalmente hace que la planta muera por falta de minerales para su nutrición. En los casos mayores, que son más extremos, se produce el mismo proceso de daño que en los casos menores, que es la eliminación de minerales esenciales, pero a un ritmo mucho más rápido. [6] Asimismo, la lluvia ácida que cae sobre el suelo y sobre las hojas de las plantas provoca el secado de la cutícula cerosa de las hojas, lo que en última instancia provoca una rápida pérdida de agua de la planta hacia la atmósfera exterior y, finalmente, resulta en la muerte de la planta. [76] La acidificación del suelo puede provocar una disminución de los microbios del suelo como resultado de un cambio en el pH, lo que tendría un efecto adverso en las plantas debido a su dependencia de los microbios del suelo para acceder a los nutrientes. [77] [78] [79] Para ver si una planta se está viendo afectada por la acidificación del suelo, se pueden observar de cerca las hojas de la planta. Si las hojas son verdes y se ven saludables, el pH del suelo es normal y aceptable para la vida de las plantas. Pero si las hojas de la planta tienen un color amarillento entre las venas de sus hojas, eso significa que la planta está sufriendo de acidificación y no está sana. [80] Además, una planta que sufre de acidificación del suelo no puede realizar la fotosíntesis; el proceso de secado de la planta inducido por el agua ácida puede destruir los orgánulos del cloroplasto. [81] Sin poder realizar la fotosíntesis, una planta no puede crear nutrientes para su propia supervivencia ni oxígeno para la supervivencia de los organismos aeróbicos, lo que afecta a la mayoría de las especies de la Tierra y, en última instancia, acaba con el propósito de la existencia de la planta. [82]  

Bosques y otra vegetación

La lluvia ácida puede tener efectos graves sobre la vegetación. Un bosque en el Triángulo Negro de Europa.

Los efectos adversos pueden estar indirectamente relacionados con la lluvia ácida, como los efectos del ácido sobre el suelo (véase más arriba) o la alta concentración de precursores gaseosos de la lluvia ácida. Los bosques de gran altitud son especialmente vulnerables, ya que suelen estar rodeados de nubes y niebla que son más ácidas que la lluvia. [83]

Las plantas son capaces de adaptarse a la lluvia ácida. En la montaña Jinyun, Chongqing , se observó que las especies de plantas se adaptaban a nuevas condiciones ambientales. Los efectos sobre las especies iban desde beneficiosos hasta perjudiciales. Con lluvias naturales o lluvias ácidas moderadas, las características bioquímicas y fisiológicas de las plántulas de las plantas se mejoraron. Una vez que el pH aumenta hasta el umbral de 3,5, la lluvia ácida ya no puede ser beneficiosa y comienza a tener efectos negativos. [84]

La lluvia ácida puede afectar negativamente la fotosíntesis en las hojas de las plantas, cuando las hojas están expuestas a un pH más bajo, la fotosíntesis se ve afectada debido a la disminución de la clorofila. [85] La lluvia ácida también tiene la capacidad de causar deformación de las hojas a nivel celular, los ejemplos incluyen; cicatrización de tejidos y cambios en las células estomáticas, epidermis y mesófilas. [86] Los impactos adicionales de la lluvia ácida incluyen una disminución en el grosor de la cutícula presente en la superficie de la hoja. [85] [86] Debido a que la lluvia ácida daña las hojas, esto afecta directamente la capacidad de las plantas de tener una fuerte cubierta de dosel, una disminución de la cubierta de dosel puede hacer que las plantas sean más vulnerables a las enfermedades. [77]

En las zonas afectadas por la lluvia ácida suelen aparecer árboles muertos o moribundos. La lluvia ácida hace que el aluminio se filtre del suelo, lo que supone un riesgo para la vida vegetal y animal. Además, priva al suelo de minerales y nutrientes esenciales para el crecimiento de los árboles.

En altitudes más altas, la niebla ácida y las nubes pueden agotar los nutrientes del follaje de los árboles, lo que provoca la decoloración o la muerte de las hojas y las acículas. Esta disminución compromete la capacidad de los árboles para absorber la luz solar, debilitándolos y disminuyendo su capacidad para soportar condiciones de frío. [87]

La lluvia ácida también puede dañar otras plantas, pero el efecto sobre los cultivos alimentarios se minimiza con la aplicación de cal y fertilizantes para reemplazar los nutrientes perdidos. En las zonas cultivadas, también se puede añadir caliza para aumentar la capacidad del suelo de mantener estable el pH, pero esta táctica es en gran medida inutilizable en el caso de las tierras silvestres. Cuando el calcio se lixivia de las agujas de la pícea roja, estos árboles se vuelven menos tolerantes al frío y sufren daños invernales e incluso la muerte. [88] [89] La lluvia ácida también puede afectar la productividad de los cultivos por necrosis o cambios en los nutrientes del suelo, que en última instancia impiden que las plantas alcancen la madurez. [90] [91]

Acidificación de los océanos

La lluvia ácida tiene un efecto mucho menos dañino en los océanos a escala global, pero crea un impacto amplificado en las aguas menos profundas de las aguas costeras. [92] La lluvia ácida puede hacer que el pH del océano caiga, conocido como acidificación del océano , lo que dificulta que las diferentes especies costeras creen sus exoesqueletos que necesitan para sobrevivir. Estas especies costeras se vinculan entre sí como parte de la cadena alimentaria del océano, y sin que sean una fuente para que otras formas de vida marina se alimenten, más vida marina morirá. [93] El esqueleto de piedra caliza del coral es particularmente sensible a las disminuciones de pH, porque el carbonato de calcio , un componente central del esqueleto de piedra caliza, se disuelve en soluciones ácidas (pH bajo).

Además de la acidificación, el exceso de nitrógeno procedente de la atmósfera promueve un mayor crecimiento del fitoplancton y otras plantas marinas, lo que, a su vez, puede provocar floraciones de algas nocivas más frecuentes y eutrofización (la creación de "zonas muertas" sin oxígeno) en algunas partes del océano. [92]

Efectos sobre la salud humana

La lluvia ácida puede afectar negativamente la salud humana, especialmente cuando las personas inhalan partículas liberadas por la lluvia ácida. [1] Los efectos de la lluvia ácida en la salud humana son complejos y pueden manifestarse de diversas maneras, como problemas respiratorios por exposición a largo plazo y exposición indirecta a través de fuentes de agua y alimentos contaminados.

Efectos del dióxido de nitrógeno

La exposición a contaminantes del aire asociados con la lluvia ácida, como el dióxido de nitrógeno (NO2), puede tener un impacto negativo en la salud respiratoria. [3] El dióxido de nitrógeno soluble en agua se acumula en las diminutas vías respiratorias, donde se transforma en ácidos nítrico y nitroso . [4] La neumonía causada por ácidos nítricos daña directamente las células epiteliales que recubren las vías respiratorias, lo que resulta en edema pulmonar . [8] La exposición al dióxido de nitrógeno también reduce la respuesta inmune al inhibir la generación de citocinas inflamatorias por los macrófagos alveolares en respuesta a la infección bacteriana. [10] En estudios con animales, el contaminante reduce aún más la inmunidad respiratoria al disminuir la depuración mucociliar en el tracto respiratorio inferior, lo que resulta en una capacidad reducida para eliminar infecciones respiratorias. [12]

Efectos del trióxido de azufre

Los efectos del trióxido de azufre y del ácido sulfúrico son similares porque ambos producen ácido sulfúrico cuando entran en contacto con las superficies húmedas de la piel o del sistema respiratorio . [94] La cantidad de SO3 que se respira por la boca es mayor que la cantidad de SO3 que se respira por la nariz. [94] Cuando los humanos respiran trióxido de azufre, se forman pequeñas gotas de ácido sulfúrico dentro del cuerpo que ingresan al tracto respiratorio hasta los pulmones según el tamaño de las partículas. [94] Los efectos del SO3 en el sistema respiratorio provocan dificultad para respirar en personas con síntomas de asma . El trióxido de azufre también causa mucha corrosión e irritación en la piel, los ojos y el tracto gastrointestinal cuando hay exposición directa a una concentración específica o exposición a largo plazo. [94] Se sabe que el consumo de ácido sulfúrico concentrado causa mortalidad, quema la boca y la garganta, erosiona un agujero en el estómago, quema la piel cuando entra en contacto con la piel y hace que los ojos lloren si entra en ellos. [94]

Recomendación del Gobierno Federal

Dióxidos de nitrógeno

La Administración de Seguridad y Salud Ocupacional (OSHA) ha establecido un límite máximo de 25 partes por millón (ppm) de óxido nítrico en el aire de trabajo para una jornada laboral de 8 horas y una semana laboral de 40 horas. [95] Además, la OSHA ha establecido un límite de exposición al dióxido de nitrógeno de 5 ppm durante 15 minutos en el lugar de trabajo. [95]

Trióxido de azufre

Los límites que no deben excederse en el aire, el agua, el suelo o los alimentos que recomiendan las reglamentaciones suelen basarse en niveles que afectan a los animales antes de modificarse para ayudar a proteger a las personas. Dependiendo de si emplean diferentes estudios con animales, tienen diferentes duraciones de exposición (por ejemplo, una jornada laboral de 8 horas frente a una jornada de 24 horas) o por otras razones, estos valores que no deben excederse pueden variar entre organismos federales. [94]

La EPA limita la cantidad de dióxido de azufre que se puede emitir a la atmósfera. Esto reduce la cantidad de dióxido de azufre en el aire que se convierte en trióxido de azufre y ácido sulfúrico. [14] La OSHA limita las concentraciones de ácido sulfúrico en el aire del lugar de trabajo a 1 mg/m 3 . Además, el NIOSH recomienda un límite promedio ponderado en el tiempo de 1 mg/m 3 . [94]

Cuando usted esté consciente de la exposición al NO2 y SO3, debe hablar con su médico y preguntar a las personas que están a su alrededor, especialmente a los niños.

Otros efectos adversos

Efecto de la lluvia ácida sobre las estatuas
Lluvia ácida y meteorización

La lluvia ácida puede dañar edificios, monumentos históricos y estatuas, especialmente los construidos con rocas, como la piedra caliza y el mármol , que contienen grandes cantidades de carbonato de calcio. Los ácidos de la lluvia reaccionan con los compuestos de calcio de las piedras y crean yeso, que luego se desprende.

CaCO3 (s) + H2SO4 ( ac ) ⇌ CaSO4 ( s) + CO2 ( g ) + H2O ( l)

Los efectos de esto se ven comúnmente en las lápidas antiguas, donde la lluvia ácida puede hacer que las inscripciones se vuelvan completamente ilegibles. La lluvia ácida también aumenta la tasa de corrosión de los metales, en particular el hierro , el acero , el cobre y el bronce . [96] [97]

Zonas afectadas

Entre los lugares del mundo que se han visto significativamente afectados por la lluvia ácida se encuentran la mayor parte de Europa oriental, desde Polonia hacia el norte hasta Escandinavia, [98] el tercio oriental de los Estados Unidos, [99] y el sureste de Canadá . Otras áreas afectadas incluyen la costa sureste de China y Taiwán . [100]

Métodos de prevención

Soluciones técnicas

Muchas centrales eléctricas que queman carbón utilizan la desulfuración de gases de combustión (FGD) para eliminar los gases que contienen azufre de sus gases de chimenea. En una típica central eléctrica que quema carbón , la FGD eliminará el 95 % o más del SO2 de los gases de combustión. Un ejemplo de FGD es el depurador húmedo que se utiliza comúnmente. Un depurador húmedo es básicamente una torre de reacción equipada con un ventilador que extrae los gases de chimenea calientes de una planta de energía hacia la torre. También se inyecta cal o piedra caliza en forma de suspensión en la torre para mezclarla con los gases de chimenea y combinarla con el dióxido de azufre presente. El carbonato de calcio de la piedra caliza produce sulfato de calcio de pH neutro que se elimina físicamente del depurador. Es decir, el depurador convierte la contaminación por azufre en sulfatos industriales.

En algunas zonas, los sulfatos se venden a empresas químicas como yeso cuando la pureza del sulfato de calcio es alta. En otras, se depositan en vertederos . Los efectos de la lluvia ácida pueden durar generaciones, ya que los efectos del cambio del nivel de pH pueden estimular la lixiviación continua de sustancias químicas indeseables en fuentes de agua que de otro modo serían prístinas, matando especies vulnerables de insectos y peces y bloqueando los esfuerzos por restaurar la vida nativa.

La combustión en lecho fluidizado también reduce la cantidad de azufre emitida por la producción de energía.

El control de emisiones de vehículos reduce las emisiones de óxidos de nitrógeno de los vehículos motorizados.

Tratados internacionales

Acción gubernamental para combatir los efectos de la lluvia ácida

Los países occidentales llevan ya algún tiempo acordando tratados internacionales sobre el transporte de contaminantes atmosféricos a larga distancia. A partir de 1979, los países europeos se reunieron para ratificar los principios generales discutidos durante la Convención de la CEPE. El objetivo era combatir la contaminación atmosférica transfronteriza a larga distancia. [101] El Protocolo de Helsinki de 1985 sobre la reducción de las emisiones de azufre en virtud de la Convención sobre la contaminación atmosférica transfronteriza a larga distancia promovió los resultados de la convención. Los resultados del tratado ya han dado frutos, como lo demuestra una reducción aproximada del 40 por ciento de las partículas en suspensión en América del Norte. [102] La eficacia de la Convención en la lucha contra la lluvia ácida ha inspirado otros actos de compromiso internacional para prevenir la proliferación de partículas en suspensión. Canadá y los Estados Unidos firmaron el Acuerdo sobre la calidad del aire en 1991. La mayoría de los países europeos y Canadá firmaron los tratados. La Convención sobre la contaminación atmosférica transfronteriza a gran distancia siguió sin actividad después de 1999, cuando 27 países se reunieron para reducir aún más los efectos de la lluvia ácida. [103] En 2000, se inició por primera vez la cooperación extranjera para prevenir la lluvia ácida en Asia. Diez diplomáticos de países de todo el continente se reunieron para debatir formas de prevenir la lluvia ácida. [104] Tras estos debates, en 2001 se creó la Red de Vigilancia de la Deposición Ácida en Asia Oriental (EANET, por sus siglas en inglés) como una iniciativa intergubernamental para proporcionar información basada en la ciencia a los encargados de la toma de decisiones y promover la cooperación internacional en materia de deposición ácida en Asia Oriental. [105] En 2023, los países miembros de la EANET incluyen a Camboya, China, Indonesia, Japón, República Democrática Popular Lao, Malasia, Mongolia, Myanmar, Filipinas, República de Corea, Rusia, Tailandia y Vietnam. [106]

Comercio de emisiones

En virtud de este esquema regulatorio, cada instalación contaminante recibe o puede comprar en un mercado abierto un derecho de emisión por cada unidad de un contaminante determinado que emita. Los operadores pueden entonces instalar equipos de control de la contaminación y vender las partes de sus derechos de emisión que ya no necesitan para sus propias operaciones, recuperando así parte del costo de capital de su inversión en dichos equipos. La intención es dar a los operadores incentivos económicos para instalar controles de la contaminación.

El primer mercado de comercio de emisiones se estableció en los Estados Unidos mediante la promulgación de las Enmiendas a la Ley de Aire Limpio de 1990. [ 107] El objetivo general del Programa de Lluvia Ácida establecido por la Ley [108] es lograr importantes beneficios ambientales y de salud pública mediante la reducción de las emisiones de dióxido de azufre (SO 2 ) y óxidos de nitrógeno (NO x ), las principales causas de la lluvia ácida. Para lograr este objetivo con el menor costo para la sociedad, el programa emplea enfoques tanto regulatorios como basados ​​en el mercado para controlar la contaminación del aire.

Véase también

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Lectura adicional

Enlaces externos

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