La contaminación atmosférica por ozono en el área mediterránea

contaminación atmosférica

La contaminació atmosfèrica

El concepto de contaminación atmosférica es relativamente moderno: John Evelyn escribió, en el siglo XVII, el primer libro sobre ella (Fumifugium). A partir de la revolución industrial, la contaminación atmosférica comienza a constituir un problema en algunas regiones europeas. Inicialmente estuvo asociada a los hornos y las fundiciones metalúrgicas, así como a las primeras industrias químicas. Los problemas se restringían, entonces, a las zonas urbanas en las que se instalaron esas industrias, y tenían carácter episódico. Así, no es de extrañar que los primeros indicios de daño en bosques aparecieran en los parques de grandes ciudades como Londres. Pero las primeras reacciones públicas de cierta entidad frente a este problema se producen después de los episodios de los años 1930 a 1950, que llegaron a provocar muertes entre la población. Es, pues, a partir de mediados de la década de 1950 cuando la contaminación atmosférica pasa a ser considerada como un problema de interés público en muchos países industrializados, y cuando comienzan a tomarse medidas.

«Los problemas ambientales de la cuenca mediterránea se tratan con estrategias de control desarrolladas para otras condiciones climáticas»

La primera vez que se tiene constancia de un problema transnacional es en los años 1930, cuando las emisiones de una fundición en Trail (Canadá) fueron identificadas como la causa de los daños detectados en el valle del río Columbia, en las Montañas Rocosas. La acidificación de lagos y suelos en el norte de Europa se atribuyó a un problema regional de lluvia ácida en los años 1960. La percepción de la contaminación atmosférica ha cambiado en las últimas dos décadas. Mientras que, en los años 1970, la mayor preocupación era la contaminación urbana, actualmente el término contaminación atmosférica abarca otros muchos problemas que han surgido en los últimos veinte años. Hoy en día, la contaminación urbana empeora en muchas de las grandes ciudades, mientras que los compuestos fotoquímicos, el ozono troposférico y los compuestos fotoquímicos se han convertido en un problema regional e incluso global. Y a estos problemas hemos de sumar la lluvia ácida, aunque sólo en determinados puntos muy concretos, el transporte a larga distancia de contaminantes, la aparición de nuevos gases tóxicos y el aumento de la concentración de los gases de efecto invernadero en la atmósfera.

Es importante recordar que, en muchas ocasiones, la atmósfera es sólo un vehículo de sustancias indeseables, y que la acumulación de éstas tiene lugar después en otros medios, como el agua, los suelos, e incluso en los propios organismos vivos. Y que no siempre es fácil de caracterizar. Un ejemplo que ha cobrado gran importancia es el smog fotoquímico, que se tiende a identificar con el ozono, pero que no sólo está constituido por este contaminante. Este fenómeno merece especial atención en la cuenca mediterránea y, por ello, nos hemos centrado en el papel del ozono.

El ozono, o un ejemplo de cómo Europa no es un territorio homogéneo, y sus implicaciones en poítica medioambiental

La cuenca mediterránea occidental está rodeada por sistemas montañosos con una altura media superior a los 1.500 m. En las cadenas montañosas costeras, el calentamiento de las laderas orientadas al este comienza a la salida del sol. En verano, esta situación favorece el desarrollo temprano de los vientos de ladera que, a su vez, refuerzan las brisas del mar. En este proceso, las laderas actúan como chimeneas orográficas que conectan directamente los vientos en superficie con sus flujos de retorno en altura, y éstos están sujetos a subsidencias compensatorias a lo largo de su recorrido hacia el mar, como muestra la figura 1.

Penetració de brises per la vall del Millars

Figura 1. Ejemplo de la penetración de las brisas hacia el interior por el valle del Mijares. Los colores rojos indican concentraciones altas de ozono que, como puede apreciarse, penetran desde la costa junto con las brisas. A mediodía, hora en la que tomaron estas medidas, ya penetran unos 150 km hacia el interior por el valle. Valbona está a 80 km de la costa en este mismo valle y Cirat a 40 km. Sobre la vertical de Madrid también se observan elevadas concentraciones de ozono. Se pueden observar entre la costa y el centro de la Península zonas con aire limpio, representadas en azul. (Modificado de Millán, M. M.; Artíñano, B.; Alonso, L.; Castro, M.; Fernández-Patier, R.; y J. Goberna: “Meso-meteorological Cycles of Air Pollution in the Iberian Peninsula, (MECAPIP)”, Air Pollution Research Report 44, (Eur. núm. 14834) CEC-DG XII/E-1. Brusellas, 1992).

Los procesos descritos decaen durante la tarde y cesan al anochecer. A la mañana siguiente, los estratos más bajos entran con la nueva brisa de mar, y las circulaciones descritas reponen el aire en altura. El resultado final es la formación de una clara estratificación vertical en la masa de aire sobre el mar, a lo largo de las costas, situándose los estratos más recientemente formados en la parte superior, y los más antiguos cerca de la superficie marina. Estos estratos actúan como depósitos de los contaminantes emitidos en días anteriores, o de sus productos de reacción, que vuelven de nuevo a las zonas de emisión en pocos días, como se muestra en la figura 2. Además, los estratos pueden desplazarse a lo largo de las costas y contribuir, así, al transporte interregional y a larga distancia de los contaminantes atmosféricos.

Estos procesos se han analizado en varios proyectos de la Comisión Europea. Los resultados indican que el sistema de estratos se extiende a lo largo de las costas, y que puede alcanzar alturas de 2 a 3 kilómetros sobre el mar y anchuras de hasta unos 100 kilómetros sobre tierra y 300 kilómetros sobre el mar. También se ha documentado la continuidad de estos procesos sobre el conjunto de la cuenca mediterránea. Respecto a la escala temporal, experimentos con trazadores realizados en Castellón a finales de julio de 1989 han mostrado que el tiempo requerido para el primer retorno es de dos días en esta época del año. Simulaciones numéricas recientes, y un nuevo análisis de los datos del proyecto EU RECAPMA, muestran que los tiempos de residencia de las masas de aire contaminado en la cuenca mediterránea occidental, en verano, pueden ser superiores a los cinco días para una renovación del 50%, y de siete a diez días para renovaciones del 80%.

Circulacions esquematitzades per a una vall costanera de la conca mediterrània

Figura 2. Circulaciones esquematizadas para un valle costero en la cuenca mediterránea, y la formación de ozono asociada. (Adaptada de Millán, M. M.; Mantilla, E.; Salvador, R.; Carratalà, A.; Sanz, M. J.; Alonso, L.; Gangoiti, G. y M. Navazo: “Ozone cycles in the Western Mediterranean Basin: Interpretation of monitoring data in complex coastal terrain”, J. Appl. Meteor., 39, 487-508 2000).

Bajo la fuerte insolación de verano, estas recirculaciones costeras se convierten en grandes reactores fotoquímicos naturales, donde la mayoría de las emisiones de óxidos de nitrógeno y de compuestos orgánicos volátiles se transforman en compuestos ácidos, aerosoles y en compuestos fotooxidantes, como el ozono, que, con mucha frecuencia, puede llegar a alcanzar concentraciones elevadas. Así, la evolución anual de la media diaria de las concentraciones de ozono en cuatro emplazamientos rurales situados en la comarca de Els Ports, a gran distancia de la costa mediterránea, muestra que el nivel de daños a la vegetación, según la directiva 92/72/CEE, se supera sistemáticamente durante más de seis meses al año. El nivel de daños a la salud se sobrepasa intermitentemente durante más de cuatro meses y, algunos años, en especial de abril a agosto o septiembre, se llega a los límites en los que hay que alertar a la población.

Estas situaciones son norma, y no excepción, en todas las zonas costeras de la cuenca mediterránea occidental, e ilustran la existencia de episodios con niveles crónicos de ozono, creados por la recirculación de las masas de aire, en vez de los episodios de concentraciones pico, más altas pero de pocos días de duración, típicos de Centroeuropa, originados bajo condiciones de estancamiento anticiclónico. Y también revelan un serio problema a la hora de interpretar los datos, tanto a escala local como europea, sobre todo si se comparan los ciclos diurnos observados en zonas de características diferentes (p.e. climáticas y orográficas) o si se considera el clásico concepto de viento arriba y abajo en los grandes núcleos urbanos. Además, estos resultados muestran que el ozono a escala regional tiene su origen en las emisiones, entre las que se incluyen centros urbanos y otras fuentes difusas, como las autovías y autopistas. También muestran que, en algunos emplazamientos, hasta el 60% o más de los niveles de ozono observados proceden de la recirculación del aire en la costa.

«El ozono, en la troposfera, se presenta en concentraciones capaces de dañar las hojas de las plantas sensibles»

Posiblemente, uno de los aspectos más importantes es que ninguno de los procesos descritos era conocido antes del período 1986-91 a pesar de todos los estudios realizados previamente, cuyos resultados se utilizaron para la elaboración de las directivas europeas. Una de las posibles explicaciones es que la malla de cálculo utilizada en esos modelos (de 150 kilómetros por 150 kilómetros) es demasiado gruesa. La modelización de estos procesos, realizada en proyectos europeos recientes, indica que para reproducir el efecto de la topografía en los flujos atmosféricos a escala peninsular es necesaria una malla de 10 kilómetros por 10 kilómetros y una malla local de 2 kilómetros por 2 kilómetros para dar cuenta de los fenómenos que tienen lugar en la Comunidad Valenciana.

En resumen, el continente europeo presenta una regionalización reconocida, lo que incluye al clima, y esto comienza a ser un factor importante a la hora de diseñar las políticas a adoptar comunitariamente. Parte de los resultados mencionados, y sus posibles consecuencias, ya han sido considerados en la definición de las prioridades en el marco del Programa Nacional de Promoción General del Conocimiento (Programa Nacional de Recursos Naturales), y se han utilizado para definir las prioridades en el VI Programa Marco de la Unión Europea. Sin embargo, con respecto a la elaboración de las nuevas directivas europeas sobre la calidad del aire, estos conocimientos no llegaron a ser debidamente considerados, aunque aparecen descritos como anexos a los dos documentos de apoyo a la directiva. Esto se debe a que el grupo de trabajo para la nueva directiva del ozono se constituyó en 1997, con el objetivo de finalizar los informes de apoyo en 1999. Los representantes españoles prepararon una serie de publicaciones científicas describiendo los procesos, con el fin de poner en evidencia su heterogeneidad y complejidad, pero no llegaron a influir adecuadamente en la elaboración de las directivas. Por tanto, los resultados de los proyectos más antiguos, desarrollados en las condiciones climáticas del centro de Europa, tienden a tener más peso en las directivas. Para España y la cuenca mediterránea, esto significa que sus problemas ambientales, aún sin documentar adecuadamente o de muy reciente documentación, están siendo tratados con estrategias de control desarrolladas para otras condiciones climáticas y que, posiblemente, tienen poca utilidad en nuestro caso.

Cómo afecta el ozono a los vegetales<

Los fotooxidantes y, especialmente, el ozono, han sido considerados como dañinos para la vegetación desde los años 1980, aunque en California ya se detectaron sus efectos en los años 1960. Sin embargo, es durante la última década cuando el ozono se ha convertido en un tema de preocupación en Europa, debido a las evidencias que indican que las concentraciones de ozono que se presentan habitualmente en nuestro continente pueden causar diversos efectos negativos sobre la vegetación, incluyendo daños visibles en las hojas, reducciones en el crecimiento y en la producción, y alteración de su sensibilidad frente a tensiones bióticas y abióticas.

La contaminación por ozono, al contrario que la contaminación por fluoruros o por dióxido de azufre, no deja residuos que puedan ser detectados por técnicas analíticas en los tejidos vivos. Por tanto, los daños en hojas o acículas son la única evidencia fácilmente detectable en las zonas afectadas. Hasta el momento, los experimentos se han concentrado en explicar los mecanismos que producen el daño, más que en identificar y caracterizar los síntomas observados en el campo, a escala regional. En cualquier caso, se ha avanzado mucho en la comprensión de los mecanismos subyacentes a los efectos del ozono sobre cultivos agrícolas, y en menor medida, sobre los árboles y otras plantas silvestres. Incluso se ha constatado que el aumento de las concentraciones de ozono no sólo tiene un efecto negativo sobre la producción de madera (se han señalado disminuciones de hasta un 10%), sino que pueden producir situaciones inestables en ecosistemas forestales, que pueden provocar una disminución de la capacidad adaptativa a los cambios en el futuro. Por tanto, los efectos a largo plazo sobre los árboles pueden llegar a alterar las funciones de los ecosistemas forestales, como su papel con respecto a los balances de agua y energía, la protección del suelo frente a la erosión, la cobertura de la vegetación en zonas de transición climática o, incluso, la apariencia estética del paisaje. Algunos de los cambios más importantes en las comunidades de plantas tienen que ver con cambios en la composición de especies y en pérdidas de biodiversidad, particularmente en áreas con gran número de plantas endémicas con sensibilidad no conocida al ozono. Sin embargo, antes de poder abordar estos problemas, son necesarios estudios mucho más detallados sobre la sensibilidad de las especies en diferentes condiciones ambientales incluyendo, por ejemplo, estados nutricionales.

Las evidencias que tenemos hoy en día sugieren claramente que el ozono se presenta en la troposfera en concentraciones capaces de causar daños en las hojas de las plantas sensibles. Aunque los daños visibles no incluyen todas las posibles formas de daños a los árboles y vegetación natural (tales como cambios fisiológicos antes de que se presente el daño visible, reducción en el crecimiento, etc.), la observación de síntomas típicos sobre la parte aérea de las plantas en el campo ha resultado ser una herramienta valiosa para la evaluación del impacto del ozono ambiental en especies sensibles en Europa y, además, los daños visibles se consideran el resultado del estrés oxidativo, que produce una cascada de efectos adversos.

En consecuencia, de todos los contaminantes atmosféricos, el ozono se considera hoy como uno de los más importantes, no sólo en la cuenca mediterránea, sino en toda Europa: los niveles críticos de este contaminante recomendados por la OMS para la protección de cultivos y bosques se superan en la mayoría de los países europeos. Por tanto, se puede esperar que los daños por ozono en la vegetación se distribuyan ampliamente por toda Europa y, especialmente, en la cuenca mediterránea. En este sentido, en las dos últimas décadas se han multiplicado los informes de daños visibles observados en el campo producidos por este contaminante en la cuenca mediterránea. Desde los años 1980, dentro del “Programa internacional de cooperación para la evaluación y el seguimiento de los efectos de la contaminación atmosférica en los bosques”, se viene realizando una evaluación de la defoliación de las copas de los árboles, en una Red Europea de Seguimiento de Daños (Nivel I). Existe, además, una Red Intensiva (Nivel II), donde se consideran más parámetros. Los resultados indican que se viene produciendo un incremento de la defoliación aunque, dado que este parámetro no es específico de la contaminación atmosférica, sólo permite detectar aquellas áreas con problemas que pueden ser de índole diversa.

Danys en fulles per l'efecte de l'ozó

Figura 3. Daños visibles en hojas observados en el campo en la cuenca mediterránea. De izquierda a derecha, Ailanhuts altissima, Pinus halepensis i Fraxinus excelsior. / Fotos: M. J. Sanz y V. Calatayud, 2001

Danys en plantes per l'efecte de l'ozó

Figura 4. De arriba abajo, daños producidos por ozono en judía y sandía, observados en el campo. La foto fue tomada en la granja La Peira, Benifaió (Ribera Alta) en el verano de 2000. Y, debajo, daños en la variedad de tabaco Bel W3, utilizada en Valencia en el año 2001 para detectar niveles altos de ozono. / Fotos: M. J. Sanz, 1999-2001

Hasta el momento, muchos de los estudios sobre los efectos del ozono se han realizado en condiciones controladas con plántulas, y son pocos los estudios que han tratado la aparición de síntomas en el campo y su relación con las concentraciones observadas. La identificación de los daños visibles producidos por ozono ha sido utilizada como una herramienta muy útil en determinadas zonas para detectar la presencia de este contaminante y sus efectos perjudiciales. Recientemente, se han venido observando daños visibles producidos por el ozono en el pino carrasco (Pinus halepensis Mill.) en diversas partes de la cuenca mediterránea, por lo que esta especie se ha considerado como una buena bioindicadora de la presencia de ozono. Esto pone de manifiesto, una vez más, que los daños visibles pueden ser una herramienta muy útil para detectar las especies potencialmente sensibles al ozono en Europa, aportando información sobre las zonas en que este contaminante alcanza niveles fitotóxicos para una o varias especies. Por ello, se ha utilizado como un parámetro complementario en algunos estudios piloto realizados en las parcelas de Nivel I de la citada Red Europea en España. Los resultados del seguimiento realizado en 1998 en las parcelas de Nivel I de Pinus halepensis indican que los daños visibles provocados por el ozono (figura 3) están bastante extendidos en el este peninsular y, además, se ha elaborado una lista de más de 25 especies de árboles, arbustos y plantas herbáceas en las que se han observado síntomas debidos al ozono en diferentes prospecciones en el este peninsular. Como consecuencia de éstos y otros hallazgos, recientemente se ha iniciado un programa a nivel europeo (Nivel II) para el reconocimiento de daños por ozono, se dispone de una página web pública donde se puede encontrar el manual que se sigue en el ICP-Forest, se aporta una lista de plantas sensibles al ozono presentes en el continente europeo, y se proporciona información gráfica para ayudar a reconocer los síntomas de este contaminante.

Pero no sólo los ecosistemas naturales se ven afectados por el ozono. En efecto, en España, en el período 1991-92, en el campo de experimentación de la granja Migjorn (delta del Ebro), se detectaron efectos debidos a la presencia de ozono en judía y en sandía. Podemos afirmar que algunos de los problemas en la agricultura mediterránea se han podido relacionar directamente con las elevadas concentraciones de este contaminante, y existe la fuerte sospecha de que algunos problemas fitosanitarios que se han acentuado últimamente pueden estar relacionados también con esta problemática.

La extensión espacial del problema en el ámbito regional se confirma por la observación de daños visibles, que pueden ser debidos al ozono, en otros cultivos mediterráneos (figura 4) prospectados in situ en la costa este de la Península Ibérica (patatas, vid, cacahuetes, judías, soja, tomates y variedades de tabaco comercial), y en seguimientos realizados por técnicos de la Comunidad Valenciana en colaboración con el CEAM y el CIEMAT.

Podemos, pues, concluir que todas estas pruebas confirman que los fotooxidantes, y especialmente el ozono, son un problema que afecta a toda la cuenca del Mediterráneo. Su aparición coincidió con la instalación de grandes complejos industriales en la costa mediterránea, a finales de la década de 1970. Además, no debemos olvidar que el ozono es, también, un gas que contribuye al calentamiento atmosférico, como ha reconocido recientemente el Panel Intergubernamental para el Cambio Climático en su último informe.

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© Mètode 2002 - 34. Cambio global - Disponible sólo en versión digital. Verano 2002

Fundació Centro de Estudios Ambientales del Mediterráneo (CEAM), Valencia.

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