La lluvia ácida

La lluvia es normalmente ácida, y su origen puede ser tanto natural como debido a la actividad humana. ¿Cómo nos afecta y cuál es su estatus actual?

¿El agua de lluvia tiene acidez? Y si es así, ¿qué nivel de acidez tiene?

Tenemos tendencia a pensar que el agua de lluvia es pura, es decir, solo agua. Existe incluso la creencia que no debemos beberla, por ser demasiado pura. Pero eso no es cierto. No sólo muestra un pequeño contenido en sales, sino que el agua de lluvia no es neutra, en el sentido de su acidez (podéis consultar una sencilla descripción de la acidez 

Unos cuantos datos nos permitirán precisar mejor de qué hablamos. Por ejemplo, en la población de Birkenes, al sur de Noruega, se han medido valores de pH alrededor de 4,2, mientras que en la metrópolis china de Guiyang, este mismo valor llega a 3,95. En general, valores inferiores a 5 se obtienen en muy diversas localizaciones. En cambio, en la región de Pune, en el estado indio de Maharashtra, el pH llega a unos sorprendentes 7,4, es decir, ligeramente básica.

La acidez natural de la lluvia

Los anteriores valores nos indican algo que quizá no es muy conocido, que la lluvia es ácida prácticamente siempre. La razón es que al producirse la precipitación, las gotas de agua “barren” el aire en su recorrido, y capturan diferentes gases, así como pequeñas partículas de polvo en suspensión.

Entre los gases se encuentra el dióxido de carbono, CO2, así como el dióxido de azufre, SO2, y diferentes óxidos de nitrógeno, que se designan genéricamente como NOx. Estos gases tienen la propiedad de generar acidez, una vez se disuelven en el agua de la gota.

Por otro lado, las partículas de polvo pueden ser muy diversas, pero destacan principalmente la sal común, cloruro sódico, así como composiciones minerales, como la sílice y el carbonato cálcico.

Esta diversidad de componentes puede provenir de fuentes naturales. Cuando es así, conforma la acidez natural de la lluvia, y da lugar a un pH algo inferior a 5,5.

Más específicamente, la acidez natural se debe a contribuciones constantes del CO2, por causa de la respiración de los seres vivos, y del SO2 y NOx de origen bacteriano. Esporádicamente la acidez natural puede ser más elevada, allí donde suceden tormentas o, mucho más esporádicamente, allí donde suceden erupciones volcánicas.

El relámpago del Catatumbo

Las fuentes de NOx son principalmente los microorganismos y los relámpagos. Este último caso es interesante. Si contamos la totalidad de nuestro planeta, cada segundo caen 40 rayos, lo que significa más de 3 millones de descargas al día.Existe un paraje en el planeta en el que las tormentas con aparato eléctrico son su elemento más característico. Se trata de la región al sur del lago Maracaibo, en Venezuela. Rodeado al este, sur y oeste por cordilleras, recibe un aporte diario de masas de aire húmedo procedentes del Caribe. Al llegar al límite sur del lago, donde confluye el río Catatumbo, la masa de aire queda bloqueada por las cordilleras, generando nubes de tormenta casi a diario. Son más de doscientos días al año de tormenta nocturna, produciendo miles de rayos en cada tormenta. Un espectáculo.

catatumbo

Una imagen de los relampagos que, practicamente con frecuencia diaria,

se forman en la confluencia del rio Catatumbo con el lago Maracaibo, en Venezuela

En cada rayo, la descarga eléctrica eleva la temperatura de su interior, de apenas 1 cm de grosor, hasta los 30.000 grados. Semejante valor tiene la capacidad de, literalmente, romper el aire. Las moléculas constituyentes, principalmente nitrógeno y oxígeno, se rompen por la mitad, y se separan en átomos individuales, altamente reactivos.El resultado es la producción de substancias exóticas. Una de ellas, ozono, de forma que la confluencia del Catatumbo con el Maracaibo genera la mayor planta productora natural del planeta. Otra, óxidos de nitrógeno, que con la precipitación que acompaña la tormenta, generan una lluvia algo más ácida que la habitual. Tampoco es demasiado ácida, puesto que los relámpagos no llegan a cubrir suficiente volumen de aire, como para que la producción de los óxidos ácidos sea importante. Los mapas de lluvia ácida indican así que la región noroeste de Venezuela muestra una ligera acidez, comparado con las regiones limítrofes.Ya que estamos con los relámpagos, os muestro una filmación reciente, realizada con tecnología de alta velocidad, que muestra el progreso de un rayo a cámara super lenta. El hecho más destacable es la errática trayectoria que sigue. Literalmente, el rayo “prueba” diferentes direcciones, hasta que progresa hacia el suelo.

Lluvia ácida de las erupciones volcánicas

Centrémonos ahora en los óxidos de azufre, la otra fuente importante de acidez en la lluvia. Las fuentes naturales y directas de SO2 son las erupciones volcánicas. En cambio, las bacterias son fuentes indirectas de SO2, puesto que la mayoría son productoras de sulfuro de dimetilo, una substancia que, una vez emitida, en contacto con el oxígeno del aire es gradualmente oxidada a SO2.

Las cenizas volcánicas se forman, durante una erupción, por la trituración de la roca magmática. Ésta tiene lugar por la acción de los gases y el vapor de agua de la propia erupción. Los gases ácidos que se encuentran en las erupciones son CO2 y SO2, así como, en menor cantidad, el ácido fluorhídrico, HF, y el ácido clorhídrico, HCl. No obstante, elpH de los residuos de polvo sólidos, que conforman las cenizas, es muy variable. Depende de la cantidad de residuos ácidos que se adsorben sobre ellas.

La acidez debido a la actividad humana

La estimación del total de emisiones, tanto de substancias gaseosas como de aerosoles, no es tarea fácil. Los cálculos más recientes indican que se emiten, anualmente, unos 47 millones de toneladas de óxidos de nitrógeno, de los cuales 15 provienen de fuentes naturales, y 32 de la actividad humana. Por otro lado, se emiten unos 291 millones de toneladas de compuestos de azufre, de los que 191 son de fuentes naturales, y unos 100 millones como consecuencia de la actividad humana.

La conclusión es que la contribución de la actividad humana es muy significante, aproximadamente un 40 % del total de emisiones. Semejante perturbación requiere, por tanto, de actuaciones coordinadas. Éstas, a su vez, deben basarse en un conocimiento preciso de su origen.

¿Cómo se origina la lluvia ácida, debido a la actividad humana?

Las centrales energéticas, y los motores de combustión, emiten, además de vapor de agua y CO2, SO2 y NOx. Los tres últimos, como ya hemos mencionado, son gases ácidos, es decir, que disminuyen el pH cuando se disuelven en agua.Quizá sorprenderá que se emita dióxido de azufre, sabiendo que las centrales queman combustibles fósiles, es decir, carbón, petróleo o gas natural. ¿Qué pinta ahí el azufre? Este elemento es un contaminante del carbón o del petróleo, es decir, se encuentra en cantidades respetables en los respectivos yacimientos. Por lo tanto, quemar carbón es equivalente a quemar ciertas cantidades de azufre.Una vez emitidos los gases, las microgotas troposféricas de las nubes los disuelven, y cuando llueve se precipitan sobre las masas boscosas a sotavento de los focos de emisión. 

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Esquema que muestra la producción de lluvia ácida,

debido a la actividad de las centrales térmicas de producción de electricidad

Efectos de la lluvia ácida

A nivel práctico, ¿qué efectos tiene el incremento de acidez de la lluvia? Sin entrar demasiado en detalles, los principales efectos son los siguientes:

• muchos animales no pueden sobrevivir en pH demasiado ácidos. Por ejemplo, las truchas, salamandras o sapos podrían encontrarse ya en condiciones críticas de supervivencia, a los pH más ácidos de ciertas regiones;
• ciertos microorganismos pueden desaparecer, al desnaturalizarse las proteínas que los constituyen;
• también disminuye la concentración de muchos metales en los suelos fértiles: el pH más ácido los solubiliza y son lavados por la lluvia;
• los océanos también se están acidificando. En este caso, la disminución del pH causa la redisolución de los caparazones calcáreos de los moluscos;
• la propia actividad humana es origen y diana de la acidez de la lluvia: elimina pintura, provoca la corrosión del metal utilizado en construcciones, y también provoca la erosión de edificios y esculturas de piedra.

Implicaciones internacionales

La dispersión de contaminantes que se origina con la lluvia ácida es un problema internacional, puesto que la circulación de las masas de aire no entiende de fronteras. Recordemos, en este sentido, la angustia que provocó el escape radioactivo tras la explosión del reactor nuclear en Chernobil, Ucrania, en 1986.

Por ello, la lluvia ácida es un problema transnacional, y requiere actuar coordinadamente para solucionarlo. En este sentido, la evolución del problema en las últimas décadas muestra que, de momento, sólo se ha trasladado. Las necesidades energéticas de las sociedades en vías de desarrollo han impedido implementar las medidas de limpieza de los combustibles fósiles, que en cambio sí que funcionan en las sociedades occidentales.

¿Cómo se evita la lluvia ácida?

La forma principal de corregir el problema de la lluvia ácida es evitar la emisión del gas más abundante, el SO2. Para ello, se pueden utilizar dos estrategias:

• Capturar el gas de escape, en la chimenea, gracias a que el gas se fuerza a pasar a través de un soporte básico, típicamente de polvo calcáreo o de óxido de calcio. Las instalaciones resultantes se identifican mediante las siglas FGD, acrónimo del término inglés “Flue Gas Desulfurization”. En 1973 había tan sólo 43 instalaciones en dos países (Japón y EE.UU.), mientras que en 2000 ya se disponía de 678 instalaciones en 27 países. Se utilizan principalmente en centrales térmicas donde se quema carbón.
• Capturar el azufre del combustible antes de ser quemado. Ello es posible tratando el combustible mediante el gas hidrógeno, a presiones y temperaturas elevadas, y usando catalizadores metálicos.  El proceso fue desarrollado por el químico francés Paul Sabatier, a finales del siglo XIX. Este tratamiento, conocido como “hidrodesulfurización”, HDS, elimina el azufre del petróleo o del gas natural, produciendo, en diversas etapas, ácido sulfúrico. De hecho, la mayor parte de los 64 millones de toneladas de este compuesto, que se fabrican anualmente, se obtienen mediante HDS.

Fuente i-ambiente.es