La lluvia ácida es lluvia o cualquier otra forma de precipitación que es inusualmente ácida , es decir, que tiene niveles elevados de iones de hidrógeno ( pH bajo ). La mayor parte del agua, incluida el agua potable, tiene un pH neutro que oscila entre 6,5 y 8,5, pero la lluvia ácida tiene un nivel de pH inferior a este y oscila entre 4 y 5 en promedio. [1] [2] Cuanto más ácida es la lluvia ácida, menor es 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 de la atmósfera para producir ácidos.
Se ha demostrado que la lluvia ácida tiene impactos adversos en los bosques, el agua dulce , 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 la flora más susceptible a 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 en el mantenimiento de un suelo sano. En términos de infraestructura humana, la lluvia ácida también provoca el descascaramiento de la pintura, la corrosión de estructuras de acero como puentes y la erosión de edificios y estatuas de piedra, además de tener impactos en la salud humana. [4] [5] [6] [7]
Algunos gobiernos, incluidos los de Europa y América del Norte , han hecho 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 que comenzó en la década de 1960 y a la información publicada sobre sus efectos nocivos. [8] [9] La principal fuente de compuestos de azufre y nitrógeno que resultan en la lluvia ácida son antropogénicas , pero los óxidos de nitrógeno también pueden producirse naturalmente por la caída de rayos y el dióxido de azufre se produce por erupciones volcánicas . [10]
"Lluvia ácida" es un término popular que se refiere a la deposición de una mezcla de componentes ácidos húmedos (lluvia, nieve, aguanieve, niebla, agua de nubes y rocío) y secos (partículas y gases acidificantes). El agua destilada , una vez eliminado el dióxido de carbono , tiene un pH neutro de 7. [2] Los líquidos con un pH inferior a 7 son ácidos, y aquellos con un pH superior a 7 son alcalinos. La lluvia "limpia" o no contaminada tiene un pH ácido, pero normalmente no inferior a 5,7, porque el dióxido de carbono y el agua del aire reaccionan entre sí para formar ácido carbónico , un ácido débil según la siguiente reacción:
Luego, el ácido carbónico puede ionizarse en agua formando bajas concentraciones de iones carbonato e hidronio :
La lluvia no contaminada también puede contener otras sustancias químicas que afectan su pH (nivel de acidez). Un ejemplo común es el ácido nítrico producido por descargas eléctricas en la atmósfera, como los rayos . [11] La deposición ácida como cuestión medioambiental (que se analiza más adelante en el artículo) incluiría ácidos adicionales además del H 2 CO 3 .
En áreas industrializadas se han reportado lecturas ocasionales de pH en agua de lluvia y niebla muy por debajo de 2,4. [12]
Las principales fuentes de contaminación por SO 2 y NO x que causan la lluvia ácida son la quema de combustibles fósiles para generar electricidad y alimentar vehículos de combustión interna, para refinar petróleo y en la fabricación industrial y otros procesos. [2]
La lluvia ácida se estudió sistemáticamente por primera vez en Europa, en la década de 1960, y en Estados Unidos y Canadá, la década siguiente.
El efecto corrosivo del aire ácido y contaminado de la ciudad sobre la piedra caliza y el mármol fue observado en el siglo XVII por John Evelyn , quien destacó el mal estado de los mármoles de Arundel . [13] Desde la Revolución Industrial , las emisiones de dióxido de azufre y óxidos de nitrógeno a la atmósfera han aumentado. [12] [14] En 1852, Robert Angus Smith fue el primero en mostrar la relación entre la lluvia ácida y la contaminación atmosférica en Manchester , Inglaterra. [15] Smith acuñó el término "lluvia ácida" en 1872. [16]
A finales de la década de 1960, los científicos comenzaron a observar y estudiar ampliamente el fenómeno. [17] Al principio, el enfoque principal de esta investigación se centró en los efectos locales de la lluvia ácida. Waldemar Christofer Brøgger fue el primero en reconocer el transporte de contaminantes a larga distancia a través de las fronteras del Reino Unido a Noruega, un problema estudiado sistemáticamente por Brynjulf Ottar en los años 1970. [18] El trabajo de Ottar estuvo fuertemente influenciado [19] por el científico sueco del suelo Svante Odén , quien había llamado la atención sobre el problema de la lluvia ácida en Europa en periódicos populares y escribió un artículo histórico sobre el tema en 1968. [20] [21] [22 ]
El informe más antiguo sobre la lluvia ácida en los Estados Unidos provino de evidencia química reunida en Hubbard Brook Valley; La conciencia pública sobre la lluvia ácida en Estados Unidos aumentó en la década de 1970 después de que The New York Times informara sobre estos hallazgos. [24] [25]
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. Se midió que el pH de la muestra era 4,03 en Hubbard Brook. [26] 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. [27] El resultado de esta investigación indicó que la reacción química entre la lluvia ácida y el aluminio conduce a una tasa cada vez mayor de erosión del suelo. La investigación experimental examinó los efectos del aumento de la acidez de 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 . [28]
En 1980, el Congreso de los Estados Unidos aprobó una Ley de Deposición Ácida. [29] Esta Ley estableció un programa de evaluación e investigación de 18 años de duración 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 con base estadística, NAPAP cuantificó los efectos de la lluvia ácida a nivel regional centrándose en investigaciones y encuestas 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, monumentos y materiales de construcción históricos. También financió amplios estudios sobre procesos atmosféricos y posibles programas de control.
Desde el principio, los defensores de políticas de todos los bandos intentaron influir en las actividades de la NAPAP para apoyar sus esfuerzos particulares de promoción de políticas o menospreciar los de sus oponentes. [29] Para la iniciativa científica del gobierno estadounidense, 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. [30]
En 1981, la Academia Nacional de Ciencias estaba investigando los temas controvertidos relacionados con la lluvia ácida. [31] El presidente Ronald Reagan desestimó los problemas de la lluvia ácida [32] hasta su visita personal a Canadá y confirmó que la frontera canadiense padecía la contaminación derivada de las chimeneas originadas en el Medio Oeste de los Estados Unidos . Reagan cumplió el acuerdo para la aplicación de la regulación anticontaminación por parte del primer ministro canadiense, Pierre Trudeau . [33] En 1982, Reagan encargó a William Nierenberg que formara parte de la Junta Nacional de Ciencias . [34] Nierenberg seleccionó a científicos, incluido Gene Likens, para formar parte de un panel que redactaría un informe sobre la lluvia ácida. En 1983, el panel de científicos elaboró un borrador de informe que concluía que la lluvia ácida es un problema real y que se deben buscar soluciones. [35] La Oficina de Política Científica y Tecnológica de la Casa Blanca revisó el borrador del informe y envió las sugerencias de Fred Singer para el informe, que arrojaban dudas sobre la causa de la lluvia ácida. [36] Los panelistas revelaron rechazos contra las posiciones de Singer y presentaron el informe a Nierenberg en abril. En mayo de 1983, la Cámara de Representantes votó en contra de una legislación cuyo objetivo era controlar las emisiones de azufre. Hubo un debate sobre si Nierenberg retrasó la publicación del informe. El propio Nierenberg negó lo dicho 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. [37]
En 1991, el Programa Nacional de Evaluación de la Precipitación Ácida (NAPAP) de Estados Unidos proporcionó su primera evaluación de la lluvia ácida en Estados Unidos. [38] 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 sustentar a la trucha de arroyo y el 6% de los lagos no eran aptos para la supervivencia de muchas especies de pececillos. Informes posteriores al Congreso han documentado cambios químicos en el suelo y los ecosistemas de agua dulce, saturación de nitrógeno, disminuciones en las cantidades de nutrientes en el suelo, acidificación episódica, neblina regional y daños a monumentos históricos.
Mientras tanto, en 1990, el Congreso de Estados Unidos aprobó una serie de enmiendas a la Ley de Aire Limpio . [39] El Título IV de estas enmiendas estableció un sistema de límites máximos y comercio diseñado para controlar las emisiones de dióxido de azufre y óxidos de nitrógeno. [40] Ambas emisiones demostraron causar un problema importante para los ciudadanos estadounidenses y su acceso al aire limpio y saludable. [41] El Título IV pedía una reducción total de alrededor de 10 millones de toneladas de emisiones de SO 2 de las centrales eléctricas, cerca de una reducción del 50%. [40] 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. Se agregaron otras cuatro plantas (Newington, Mount Tom, Brayton Point y Salem Harbor) en virtud de otras disposiciones del programa. La Fase II comenzó en el año 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). Esta norma proporciona a los estados una solución al problema de la contaminación de las centrales eléctricas que se desplaza de un estado a otro. CAIR limitará permanentemente las emisiones de SO 2 y NO x en el este de Estados Unidos. Cuando se implemente completamente [ ¿cuándo? ] , CAIR reducirá las emisiones de SO 2 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. [42]
En general, el programa de límites máximos y comercio ha logrado alcanzar sus objetivos. Desde la década de 1990, las emisiones de SO 2 han disminuido un 40% y, según el Pacific Research Institute , los niveles de lluvia ácida han disminuido un 65% desde 1976. [43] En la Unión Europea se utilizó regulación convencional, que experimentó una disminución de más del 70%. en emisiones de SO 2 durante el mismo período de tiempo. [44]
En 2007, las emisiones totales de SO 2 fueron de 8,9 millones de toneladas, logrando el objetivo a largo plazo del programa antes de la fecha límite legal de 2010. [45]
En 2007, la EPA estimó que para 2010, los costos generales de cumplir con el programa para empresas y consumidores serían de mil millones a dos mil millones de dólares al año, sólo una cuarta parte de lo que se predijo originalmente. [43] Forbes dice: "En 2010, cuando el sistema de límites máximos y comercio había sido aumentado por la Regla Interestatal de Aire Limpio de la administración de George W. Bush, las emisiones de SO 2 habían caído a 5,1 millones de toneladas". [46]
El término ciencia ciudadana se remonta a enero de 1989, a una campaña de la Sociedad Audubon para medir la lluvia ácida. El científico Muki Haklay cita en un informe político para el Wilson Center titulado 'Ciencia y política ciudadana: 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. [47] [48] Citando el informe del Wilson Center: "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 concientización sobre la lluvia ácida. Los voluntarios recolectaron muestras, verificaron la acidez y luego informaron a la organización para demostrar el alcance total del fenómeno. [47] [48]
El canadiense Harold Harvey fue uno de los primeros en investigar un lago "muerto". En 1971, él y RJ Beamish publicaron un informe, "Acidificación de los lagos de montaña de La Cloche", que documentaba el deterioro gradual de las poblaciones de peces en 60 lagos en Killarney Park en Ontario, que habían estado estudiando sistemáticamente desde 1966. [49]
En las décadas de 1970 y 1980, la lluvia ácida fue un tema importante de investigación en el Área de Lagos Experimentales (ELA) en el noroeste de Ontario, Canadá . [50] Los investigadores agregaron ácido sulfúrico a lagos enteros en experimentos con 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 la ELA demostró 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. [51] 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, mísidos ). [51] A medida que se redujeron los aportes experimentales de ácido, las poblaciones de peces y los ecosistemas lacustres se recuperaron al menos parcialmente, aunque las poblaciones de invertebrados aún no han regresado completamente a sus condiciones iniciales. [52] Esta investigación demostró que la acidificación estaba relacionada con 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 en Canadá y Estados Unidos. [50]
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. [53] Las provincias acordaron limitar sus emisiones combinadas de dióxido de azufre a 2,3 millones de toneladas para 1994. El Acuerdo sobre Calidad del Aire entre Canadá y Estados Unidos se firmó en 1991. [53] En 1998, todos los Ministros de Energía y Medio Ambiente federales, provinciales y territoriales firmó la Estrategia de lluvia ácida para todo Canadá después de 2000, que fue diseñada para proteger lagos que son más sensibles que aquellos protegidos por políticas anteriores. [53]
Un mayor riesgo podría plantearse por el aumento previsto de las emisiones totales de azufre de 4.400 kilotones (kt) en 1990 a 6.500 kt en 2000, 10.900 kt en 2010 y 18.500 en 2020. [54]
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 de las emisiones de compuestos de azufre. 70 Tg(S) por año en forma de SO 2 provienen de la quema de combustibles fósiles y de la industria, 2,8 Tg(S) de incendios forestales y de 7 a 8 Tg(S) por año de volcanes . [55]
Los principales fenómenos naturales que aportan gases productores de ácido a la atmósfera son las emisiones de los volcanes. [57] Así, por ejemplo, las fumarolas del cráter Laguna Caliente del Volcán Poás crean cantidades extremadamente altas de lluvia ácida y niebla, con una acidez de hasta un pH de 2, limpiando un área de cualquier vegetación y frecuentemente causando irritación en los ojos. y pulmones de los habitantes de los asentamientos cercanos. Los gases productores de ácido también se crean mediante procesos biológicos que ocurren en la tierra, los humedales y 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 fijo para la vida vegetal y también se produce por la actividad eléctrica en la atmósfera, como los rayos . [58]
Se han detectado depósitos ácidos en hielo glacial de miles de años de antigüedad en partes remotas del mundo. [59]
La principal causa de la lluvia ácida son los compuestos de azufre y nitrógeno de fuentes humanas, como la generación de electricidad , la ganadería , las fábricas y los vehículos de motor . [60] Estos también incluyen plantas de energía, que utilizan generadores de energía eléctrica que representan una cuarta parte de los óxidos de nitrógeno y dos tercios del dióxido de azufre en la atmósfera. [61] La lluvia ácida industrial es un problema importante en China y Rusia [62] [63] y en zonas a favor del viento. Todas estas áreas queman carbón que contiene azufre para generar calor y electricidad. [64]
El problema de la lluvia ácida no sólo ha aumentado con el crecimiento demográfico e industrial, sino que se ha generalizado. El uso de altas chimeneas para reducir la contaminación local ha contribuido a la propagación de la lluvia ácida al liberar gases en la circulación atmosférica regional; La dispersión desde estas chimeneas más altas hace que los contaminantes se transporten más lejos, causando daños ecológicos generalizados. [59] [65] A menudo la deposición ocurre a una distancia considerable a favor del viento de las emisiones, y las regiones montañosas tienden a recibir la mayor deposición (debido a su mayor precipitación). Un ejemplo de este efecto es el bajo pH de la lluvia que cae en Escandinavia . En cuanto al pH bajo y los desequilibrios del 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 con un valor de pH de aproximadamente 4, lo que hace que su consumo sea perjudicial para los humanos. Cuando estos bajos niveles de pH caen en regiones específicas, no solo afectan el medio ambiente sino también la salud humana. Los niveles de pH ácido en los seres humanos conllevan pérdida de cabello, pH urinario bajo, desequilibrios minerales graves, estreñimiento y muchos casos de trastornos crónicos como fibromialgia y carcinoma basal. [66]
La combustión de combustibles produce dióxido de azufre y óxidos nítricos. Se convierten en ácido sulfúrico y ácido nítrico. [67]
En la fase gaseosa, el dióxido de azufre se oxida mediante reacción con el radical hidroxilo mediante una reacción intermolecular : [15]
que es seguido por:
En presencia de agua, el trióxido de azufre (SO 3 ) se convierte rápidamente en ácido sulfúrico :
El dióxido de nitrógeno reacciona con OH para formar ácido nítrico:
Cuando hay nubes, la tasa de pérdida de SO 2 es más rápida de lo que puede explicarse únicamente mediante la química en fase gaseosa. Esto se debe a reacciones en las gotas de agua líquida.
El dióxido de azufre se disuelve en agua y luego, como el dióxido de carbono, se hidroliza en una serie de reacciones de equilibrio :
Hay una gran cantidad de reacciones acuosas que oxidan el azufre de S( IV ) a S(VI), dando lugar a la formación de ácido sulfúrico. Las reacciones de oxidación más importantes son con el ozono , el peróxido de hidrógeno y el oxígeno (las reacciones con el oxígeno son catalizadas por el hierro y el manganeso de las gotas de las nubes). [15]
La deposición húmeda de ácidos ocurre cuando cualquier forma de precipitación (lluvia, nieve, etc.) elimina los ácidos de la atmósfera y los entrega 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 las nubes. 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.
La deposición ácida también se produce mediante deposición seca en ausencia de precipitación. Esto puede ser responsable de entre el 20 y el 60% de la deposición ácida total. [68] Esto ocurre cuando partículas y gases se adhieren al suelo, plantas u otras superficies. [2]
Se ha demostrado que la lluvia ácida tiene impactos adversos en los bosques, el agua dulce y los suelos, matando insectos y formas de vida acuáticas, además de causar daños a los edificios y tener impactos en la salud humana.
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. Con 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, la biodiversidad se reduce . La lluvia ácida ha eliminado la vida de insectos y algunas especies de peces, incluida la trucha de arroyo, en algunos lagos, arroyos y arroyos en áreas geográficamente sensibles, como las montañas Adirondack de Estados Unidos. [69]
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 los lagos y ríos (es decir, dependiendo de las características de la cuenca 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 provocó acidez en el 75% de los lagos ácidos y alrededor del 50% de los arroyos ácidos". [69] Los lagos albergados por 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 carbonatados, incluso con la misma cantidad de lluvia ácida. [70] [ cita necesaria ]
La concentración de dióxido de azufre y óxido nitroso tiene muchas implicaciones en los ecosistemas acuáticos, incluido el cambio de acidez, el aumento del contenido de nitrógeno y aluminio y la alteración de los procesos biogeoquímicos . [71] Por lo general, el dióxido de azufre y el óxido nitroso no tienen efectos fisiológicos directos tras la exposición; la mayoría de los efectos se desarrollan por acumulación y exposición prolongada de estos gases en el ambiente, modificando la química del suelo y del agua. [71] [72]
La biología y la química del suelo pueden verse gravemente dañadas por la lluvia ácida. Algunos microbios no pueden tolerar cambios a un pH bajo y mueren. [73] Las enzimas de estos microbios son desnaturalizadas (cambiadas de forma para que ya no funcionen) por el ácido. Los iones de hidronio de la lluvia ácida también movilizan toxinas , como el aluminio, y filtran nutrientes y minerales esenciales como el magnesio . [5]
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
Los impactos del agua ácida y la acidificación del suelo en las plantas podrían ser menores o, en la mayoría de los casos, importantes. La mayoría de los casos menores que no resultan en la muerte de la vida vegetal 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 eventualmente morirá debido a que el agua ácida reduce el pH natural de la planta. [75] El agua ácida ingresa a la planta y hace que importantes minerales vegetales se disuelvan y se dejen llevar; lo que finalmente hace que la planta muera por falta de minerales para nutrirse. 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 las hojas de las plantas provoca el secado de la cutícula cerosa de la hoja, lo que en última instancia provoca una rápida pérdida de agua de la planta a la atmósfera exterior y, finalmente, provoca 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 lucen saludables, el pH del suelo es normal y aceptable para la vida vegetal. Pero si las hojas de la planta tienen un color amarillento entre las venas de las hojas, eso significa que la planta está sufriendo acidificación y no es saludable. [80] Además, una planta que sufre acidificación del suelo no puede realizar la fotosíntesis; El proceso de secado de la planta inducido por 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]
Los efectos adversos pueden estar indirectamente relacionados con la lluvia ácida, como los efectos del ácido en el suelo (ver arriba) o la alta concentración de precursores gaseosos de la lluvia ácida. Los bosques de gran altitud son especialmente vulnerables ya que a menudo están 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 vio especies de plantas adaptándose a las nuevas condiciones ambientales. Los efectos sobre la especie variaron desde beneficiosos hasta perjudiciales. Con lluvia natural o lluvia ácida suave, se mejoraron las características bioquímicas y fisiológicas de las plántulas de plantas. Una vez que el aumento del pH alcanza 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 se exponen 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 en las hojas a nivel celular, los ejemplos incluyen; cicatrización del tejido y cambios en las células estomáticas, de la epidermis y del mesófilo. [86] Los impactos adicionales de la lluvia ácida incluyen una disminución en el espesor 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 para tener una cubierta de dosel fuerte, una disminución en la cubierta de dosel puede hacer que las plantas sean más vulnerables a las enfermedades. [77]
Los árboles muertos o moribundos suelen aparecer en zonas afectadas por la lluvia ácida. La lluvia ácida hace que el aluminio se filtre del suelo, lo que plantea riesgos tanto para la vida vegetal como animal. Además, despoja al suelo de minerales y nutrientes críticos necesarios 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 hojas y agujas descoloridas o muertas. Este agotamiento compromete la capacidad de los árboles para absorber la luz solar, debilitándolos y disminuyendo su capacidad para soportar condiciones de frío. [87]
Otras plantas también pueden resultar dañadas por la lluvia ácida, pero el efecto en los cultivos alimentarios se minimiza mediante la aplicación de cal y fertilizantes para reemplazar los nutrientes perdidos. En áreas cultivadas, también se puede agregar piedra caliza para aumentar la capacidad del suelo para mantener estable el pH, pero esta táctica es en gran medida inutilizable en el caso de tierras silvestres. Cuando el calcio se lixivia de las agujas del abeto rojo, estos árboles se vuelven menos tolerantes al frío y presentan daños invernales e incluso la muerte. [88] [89] La lluvia ácida también puede afectar la productividad de los cultivos mediante necrosis o cambios en los nutrientes del suelo, que en última instancia impiden que las plantas alcancen la madurez. [90] [91]
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 costas. [92] La lluvia ácida puede hacer que el pH del océano baje, lo que se conoce como acidificación del océano , lo que dificulta que las diferentes especies costeras creen los exoesqueletos que necesitan para sobrevivir. Estas especies costeras se unen como parte de la cadena alimentaria del océano y, sin que sean una fuente de la que alimentarse otra vida marina, morirá más vida marina. [93] El esqueleto de piedra caliza del coral es particularmente sensible a la disminución del 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, los aportes excesivos de nitrógeno de la atmósfera promueven un mayor crecimiento de fitoplancton y otras plantas marinas, lo que, a su vez, puede causar floraciones de algas nocivas más frecuentes y eutrofización (la creación de "zonas muertas" sin oxígeno) en algunas partes. del oceano. [92]
La lluvia ácida puede afectar negativamente a la salud humana, especialmente cuando las personas respiran las partículas liberadas por la lluvia ácida. [1] Los efectos de la lluvia ácida en la salud humana son complejos y pueden verse de varias maneras, como problemas respiratorios por exposición prolongada y exposición indirecta a través de alimentos y fuentes de agua contaminados.
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 el ácido nítrico daña directamente las células epiteliales que recubren las vías respiratorias, lo que provoca edema pulmonar . [8] La exposición al dióxido de nitrógeno también reduce la respuesta inmune al inhibir la generación de citoquinas inflamatorias por parte de los macrófagos alveolares en respuesta a una infección bacteriana. [10] En estudios con animales, el contaminante reduce aún más la inmunidad respiratoria al disminuir la eliminación mucociliar en el tracto respiratorio inferior, lo que resulta en una capacidad reducida para eliminar infecciones respiratorias. [11]
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 el 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 desde el tracto respiratorio hasta los pulmones, dependiendo del tamaño de la partícula. [94] Los efectos del SO3 en el sistema respiratorio provocan dificultad para respirar en personas que tienen 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]
La Administración de Salud y Seguridad Ocupacional (OSHA) ha establecido un 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, OSHA ha establecido un límite de exposición al dióxido de nitrógeno de 5 ppm durante 15 minutos en el lugar de trabajo. [95]
Los límites que no se deben exceder en el aire, el agua, el suelo o los alimentos recomendados por las regulaciones a menudo se basan en niveles que afectan a los animales antes de ser modificados para ayudar a proteger a las personas. Dependiendo de si emplean diferentes estudios en animales, tienen diferentes duraciones de exposición (por ejemplo, una jornada laboral de 8 horas versus una jornada de 24 horas) o por otras razones, estos valores que no deben excederse pueden variar entre organismos federales. [96]
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. [13] OSHA restringe las concentraciones de ácido sulfúrico en el aire del lugar de trabajo a 1 mg/m³. Además, NIOSH recomienda un límite promedio ponderado en el tiempo de 1 mg/m³. [96]
Cuando tenga conocimiento de la exposición a NO2 y SO3, debe hablar con su médico y preguntar a las personas que lo rodean, especialmente a los niños.
La lluvia ácida puede dañar edificios, monumentos históricos y estatuas, especialmente aquellos hechos de rocas, como piedra caliza y mármol , que contienen grandes cantidades de carbonato de calcio. Los ácidos de la lluvia reaccionan con los compuestos de calcio de las piedras para crear yeso, que luego se desprende.
Los efectos de esto se ven comúnmente en lápidas antiguas, donde la lluvia ácida puede hacer que las inscripciones se vuelvan completamente ilegibles. La lluvia ácida también aumenta la velocidad de corrosión de los metales, en particular el hierro , el acero , el cobre y el bronce . [97] [98]
Los lugares significativamente afectados por la lluvia ácida en todo el mundo incluyen la mayor parte de Europa del Este, desde Polonia hacia el norte hasta Escandinavia, [99] el tercio oriental de los Estados Unidos, [100] y el sureste de Canadá . Otras áreas afectadas incluyen la costa sureste de China y Taiwán . [101]
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. Para una central eléctrica de carbón típica, la DGC eliminará el 95% o más del SO 2 de los gases de combustión. Un ejemplo de DGF es el depurador húmedo que se utiliza habitualmente. Un depurador húmedo es básicamente una torre de reacción equipada con un ventilador que extrae los gases calientes de la chimenea 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 la chimenea y combinarla con el dióxido de azufre presente. El carbonato de calcio de la piedra caliza produce sulfato de calcio con pH neutro que se elimina físicamente del depurador. Es decir, el depurador convierte la contaminación de 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 otros, 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 para restaurar la vida nativa.
La combustión en lecho fluidizado también reduce la cantidad de azufre emitido por la producción de energía.
El control de emisiones de vehículos reduce las emisiones de óxidos de nitrógeno de los vehículos de motor.
Los países occidentales llevan ya algún tiempo firmando tratados internacionales sobre el transporte a larga distancia de contaminantes atmosféricos. 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. [102] El Protocolo de Helsinki de 1985 sobre la reducción de las emisiones de azufre en virtud del Convenio sobre la contaminación atmosférica transfronteriza a larga distancia impulsó los resultados del convenio. Los resultados del tratado ya se han hecho realidad, como lo demuestra una caída aproximada del 40 por ciento en las partículas en suspensión en América del Norte. [103] La eficacia de la Convención en la lucha contra la lluvia ácida ha inspirado nuevos actos de compromiso internacional para prevenir la proliferación de partículas. Canadá y Estados Unidos firmaron el Acuerdo sobre Calidad del Aire en 1991. La mayoría de los países europeos y Canadá firmaron los tratados. La actividad del Convenio sobre la contaminación atmosférica transfronteriza a larga distancia permaneció inactiva después de 1999, cuando 27 países se reunieron para reducir aún más los efectos de la lluvia ácida. [104] En 2000, se inició por primera vez en Asia la cooperación extranjera para prevenir la lluvia ácida. Diez diplomáticos de países de todo el continente se reunieron para discutir formas de prevenir la lluvia ácida. [105] A raíz de estos debates, en 2001 se creó la Red de Vigilancia de la Deposición de Ácido en Asia Oriental (EANET) como una iniciativa intergubernamental para proporcionar insumos con base científica a los responsables de la toma de decisiones y promover la cooperación internacional sobre la deposición de ácido en Asia Oriental. [106] En 2023, los países miembros de EANET incluyen Camboya, China, Indonesia, Japón, República Democrática Popular Lao, Malasia, Mongolia, Myanmar, Filipinas, República de Corea, Rusia, Tailandia y Vietnam. [107]
En este esquema regulatorio, cada instalación contaminante actual recibe o puede comprar en un mercado abierto un derecho de emisión por cada unidad de un contaminante designado que emite. Luego, los operadores pueden instalar equipos de control de la contaminación y vender 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 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 . [108] El objetivo general del Programa de Lluvia Ácida establecido por la Ley [109] es lograr importantes beneficios ambientales y de salud pública a través de reducciones en las emisiones de dióxido de azufre (SO 2 ) y óxidos de nitrógeno (NO x ), las principales causas de lluvia ácida. Para lograr este objetivo al menor costo para la sociedad, el programa emplea enfoques regulatorios y de mercado para controlar la contaminación del aire.
Se pueden transportar grandes cantidades de ácido sulfúrico a distancias de hasta unos pocos miles de kilómetros.
Podría decirse que la amplia atención científica a la deposición ácida comenzó en 1968, cuando Svante Odén publicó su histórico artículo sobre la acidificación (Oden, 1968).
De impacto más inmediato fue el trabajo de Svante Odén, un científico del suelo sueco. Odén, ahora ampliamente considerado como el "padre de los estudios sobre la lluvia ácida" (Park, 1987:6), no sólo encontró que los niveles de acidez de las precipitaciones estaban aumentando en Escandinavia sino que fue el primero en vincular definitivamente las áreas fuente y receptoras.