El humo es una mezcla coloidal de partículas sólidas, de líquidos y de gases. Serán entendidos por gases aquellas sustancias que en las condiciones normales (temperatura ambiente, presión 1 de atmósfera) se muestran en el estado gaseoso y no se condensan. Entenderemos por vapores aquellos gases que pueden condensarse en condiciones normales, por ejemplo, vapor de agua. Entre los gases producidos en gran cantidad están el dióxido de carbono o gas carbónico (CO2) y el monóxido de carbono (CO).

Los óxidos de carbono: formación y ciclo

En la combustión de la materia orgánica, ya sea derivado del petróleo, carbón o madera, se forma, en presencia de cantidades suficientes de oxígeno, el dióxido de carbono. El dióxido de carbono es todavía producido en la respiración del ser humano, animales, plantas y microorganismos.

Sin embargo, el dióxido de carbono no sólo se produce, sino que también se consume. Las plantas verdes requieren de dióxido de carbono de forma continua para sintetizar glucosa en presencia de luz solar, con la participación de agua, un proceso llamado fotosíntesis. A partir de la glucosa, las plantas pueden sintetizar, en parte con la participación de elementos procedentes de compuestos inorgánicos, todas las otras sustancias orgánicas vitales para su supervivencia, tales como proteínas, ácidos nucleicos, lípidos, vitaminas y muchas otras.

Como un subproducto de la fotosíntesis hay un suministro de oxígeno (O2) del agua en una cantidad equivalente al dióxido de carbono (CO2) que se utiliza. Es decir, para cada molécula de CO2 fijada, hay liberación de una molécula de O2.

Todos los seres vivos oxidan las sustancias orgánicas sintetizadas por las plantas de energía. En este proceso se forman CO2 y H20 (agua), que vuelven a participar en el proceso de fotosíntesis. El CO2 liberado anualmente a través de la respiración de todos los seres vivos se aproximan en cantidad al CO2 fijado por las plantas a través de la fotosíntesis.

Desde el inicio de la gran expansión industrial observada en el siglo XX, y de la consecuente combustión de combustibles fósiles, la cantidad de CO2 libertada es mucho mayor que la cantidad que puede ser asimilada por las plantas.

Como consecuencia de este constante exceso de producción de CO2, se observa desde el inicio de este siglo un aumento de la proporción del CO2 en el aire atmosférico, de 0,03% en volumen. En áreas metropolitanas la proporción de CO2 supera 0,04% en volumen.

En épocas geológicas anteriores al surgimiento del hombre, hace más de 3 o 4 millones de años, la fotosíntesis predominaba relativamente a la respiración. En estas épocas se formaron los depósitos de combustibles fósiles (petróleo, carbón, turba…).

El monóxido de carbono (CO) se forma en la combustión incompleta. Las principales fuentes de CO son vehículos de motor, por las condiciones óptimas de combustión no siempre se verifican, siendo obtenidas sólo cuando el motor se ajusta para funcionar con la máxima potencia. La mayor cantidad de CO es producida por motores trabajando en marcha lenta (en punto muertos). Los hornos emiten menor cantidad de monóxido de carbono (si son debidamente regulados).

En las grandes ciudades la concentración de CO puede llegar a 100 ppm (partes por millón). Para el caso del monóxido de carbono se vuelve muy importante el problema de su eliminación del aire. El monóxido de carbono no puede ser aprovechado por las plantas para la fotosíntesis, pero existen algunas posibilidades de combinación biológica de este gas. Una serie de plantas fanerógamas puede fijar CO e incorporarlo en la molécula de serina, un aminoácido. Entre los mejores desintoxicantes del CO se encuentra el suelo.

Emisiones gaseosas ácidas

Paralelamente a la contaminación de la atmósfera con óxidos de carbono aumenta también la emisión de sustancias ácidas. El término ‘ácido’ incluye las emisiones de los gases que pueden formar ácidos y que poseen ellos mismos características ácidas.

Así, los óxidos de nitrógeno, capaces de formar ácidos, pero que afectan a los organismos vivos debido a su poder oxidante, son incluidos entre los oxidantes. Emisiones ácidas características son los gases de dióxido de azufre (SO2), fluoruro de hidrógeno (HF) o ácido clorhídrico (HCl). Estos serán comentados a continuación.

El SO2 se forma en el calentamiento de minerales del grupo de los sulfuros y en la fabricación de fertilizantes, celulosa y ácido sulfúrico. Las emisiones de SO2 no permanecen, sin embargo, limitadas a la industria, pues en principio todos los motores de combustión proporcionan también SO2 en cantidades más pequeñas.

El carbón contiene de 0,3 a 6,5% de azufre; particularmente la turba es rica en azufre. El petróleo y el aceite combustible también contienen azufre, en proporciones variables, conforme al origen, de hasta 5,1%. En las zonas urbanas la concentración media del SO2 en el aire es del orden de 0,2 a 0,3 ppm. En regiones industriales pueden ocurrir valores extremos de 10 ppm. El HCl se forma en las industrias de fertilizantes, de esmaltado de porcelanas, en la industria electroquímica y en la combustión de materiales conteniendo cloro, como cloruro de polivinilo (PVC). También se produce la liberación de fluoruro de hidrógeno (HF) en fundiciones de metales pesados y de aluminio. También industrias de vidrio, esmaltes, porcelana y fertilizantes emiten HF.

Oxidantes

Serán englobados en los oxidantes todos aquellos gases cuya acción fisiológica principal se basa en una reacción de oxidación, como ocurre con los óxidos de azufre (principalmente el monóxido de nitrógeno (NO) y el dióxido de nitrógeno (NO2)) y como el ozono (O3).

Los óxidos de nitrógeno se forman en las industrias de ácido sulfúrico y ácido nítrico y en motores de combustión (principal fuente). Los gases expulsados por los vehículos de motor pueden contener hasta 1.000 ppm de óxidos de nitrógeno. También el humo del cigarrillo contiene óxidos de nitrógeno, en concentraciones de hasta 300 ppm. Estas concentraciones son muy elevadas, todavía más considerando que gases de escape y humo de cigarrillos son producidos en recintos cerrados o limitados, lo que reduce mucho la posibilidad de dilución de esos gases. Pequeñas cantidades de óxidos de nitrógeno también se forman durante las tempestades y en la soldadura eléctrica.

Los óxidos de nitrógeno se someten a cambios fotoquímicos en el medio ambiente, dando lugar a la formación de ozono (O3). Especialmente los rayos ultravioleta (UV), más energéticos, descomponen el dióxido de nitrógeno (NO2) homolíticamente. Esta especie formada reacciona con el oxígeno atmosférico y forma el ozono.

Como este proceso fotoquímico es una de las principales fuentes de la producción de ozono, los gases de escape de los vehículos se incluyen, indirectamente, entre los principales formadores de ozono. La formación industrial de ozono (electrólisis, ruptura de peróxidos, etc.) asume un papel totalmente secundario.

El ozono también se forma en un proceso natural por la acción de los rayos UV en la atmósfera de oxígeno (O2) en altitudes elevadas.

Sin embargo, sólo una pequeña fracción de ozono estratosférico alcanza la superficie de la Tierra, ya que se reduce el intercambio de gases entre la estratosfera y la troposfera.

Se deduce fácilmente que las mayores concentraciones de ozono en la superficie de la Tierra se encuentran en áreas urbanas. En la ciudad de Los Angeles, Estados Unidos, muy soleada y con intenso tráfico de vehículos motorizados, la concentración de ozono en el aire ambiente puede llegar a 1 ppm.

¿Qué es el smog?

La mayor reactividad de oxidantes puede a veces dar inicio a reacciones en cadena de moléculas orgánicas insaturadas, como la que ocurre en la formación del smog. El término smog viene del inglés y deriva de las palabras smoke (humo) y fog (niebla). El smog (aerosoles, nitrato de peroxiacilo (PAN)) es, debido al tamaño de sus partículas, una solución coloidal, como el polvo y el humo. Conocemos hoy dos tipos químicamente diferentes de formación de smog, el llamado smog de Los Angeles y el smog de Londres.

La contaminación de tipo Los Angeles surge por reacción del ozono de origen fotoquímico con hidrocarburos insaturados. Los peroxicompuestos formados actúan como iniciadores de polimerizaciones en cadena de hidrocarburos insaturados, procedentes esencialmente de los gases de escape de vehículos automotores. Los polímeros (coloidales) forman con minúsculas gotas de líquido los aerosoles característicos, responsables por la formación de niebla.

Al mismo tiempo existe la formación de formaldehído, y muchas otras sustancias.

Dependiendo de las etapas de reacción descritas anteriormente y debido a la acumulación de peróxidos de la nube de smog, el smog de tipo Los Angeles se llama smog oxidante. Para la formación del smog de tipo Los Angeles son necesarias todavía características climáticas bien determinadas: irradiación solar intensa, ausencia de vientos (observadas en valles y en depresiones), además de inversiones térmicas y presiones atmosféricas elevadas, que impiden que los gases desprendidos se propaguen a regiones atmosféricas superiores.

A diferencia del smog de tipo Los Ángeles, el tipo de smog de Londres tiene carácter reductor una vez que se forma en la atmósfera contaminada por SO2. Por estar próxima al litoral, en Londres es posible que, en días fríos (-3 a +5 °C), masas de aire húmedo del mar puedan formar grandes nieblas por condensación en partículas de polvo y humo suspendidas en el aire urbano. Por acción de la luz solar, el SO (abundante en el humo durante el invierno como consecuencia de la producción de calor en las casas) es convertido en SO2 activado. Ocurre reacción espontánea con el oxígeno del aire, formándose la especie SO4 que se descompone inmediatamente con liberación de oxígeno. De esta forma, la niebla se convierte en un auténtico aerosol de ácido sulfúrico. El smog contiene siempre una abundancia de sustancias orgánicas e inorgánicas, emitidas por industrias, vehículos y por la calefacción doméstica.

Debido a la acumulación de diferentes tipos de sustancias del smog y por la influencia de factores ambientales diversos, se observan muchas combinaciones de efectos que generalmente no pueden ser previstos.