5.7.contaminación del aire en las ciudades

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Page 1: 5.7.contaminación del aire en las ciudades

VIVI Sistemas Ambientales y Sociedades

Belén RuizIES Santa Clara.

1ºBACHILLER “SISTEMAS AMBIENTALES Y SOCIEDADES”Dpto Biología y Geología.

http://biologiageologiaiessantaclarabelenruiz.wordpress.com/bachillerato-internacional/sistemas-ambientales-y-sociedades/

6. SISTEMAS ATMOSFÉRICOS Y SOCIEDADES (10 HORAS)

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6.1. Introducción a la atmósfera

6.2 Ozono estratosférico

6.3 Nieblas contaminantes fotoquímicas

6.4 Deposición (lluvia) ácida

CONTENIDOS

Preguntas fundamentales: Este tema puede resultar especialmente apropiado para considerar las preguntas

fundamentales B, E y F.

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VIVI Sistemas Ambientales y Sociedades

Belén RuizIES Santa Clara.

1ºBACHILLERDpto Biología y Geología.

http://biologiageologiaiessantaclarabelenruiz.wordpress.com/bachillerato-internacional/sistemas-ambientales-y-sociedades/

6.3. NIEBLAS CONTAMINANTES FOTOQUÍMICAS

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Según la ley de Protección del Ambiente Atmosférico, la contaminación atmosférica se define como:

“La presencia en el aire de materias o energías que impliquen riesgo, daño o molestia para las personas y bienes de cualquier naturaleza”

CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA

FUENTES DE CONTAMINACIÓN

Fuentes emisoras de contaminación: las naturales y las antropogénicas.

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CONTAMINACIÓN DEL AIRE EN LAS CIUDADES

Se estima que:1 billón de personas se exponen al aire contaminado al año.Un millón de personas mueren prematuramente debido al aire contaminado.El 2% de la productividad es perdido en los países desarrollados (MEDCs) y un 5% en los países en vías de desarrollo (LEDCs).Alrededor de un 90% de la contaminación de las ciudades en los países en vías de desarrollo viene de los motores de los coches viejos.

La contaminación atmosférica puede ser causado por sustancias químicas, partículas en suspensión o material biológico

Contaminantes primarios Contaminantes secundarios

Proceden directamente de la fuente de emisión y se encuentran tal y como fueron emitidos.

Se generan a partir de los primarios al reaccionar entre sí o con la radiación solar o el vapor de agua. No provienen directamente de los focos emisores y poseen un gran poder oxidante.

Pueden ser: Naturales: erupciones volcánicas, incendios forestales. Antropogénico: industria, motores de los vehículos, incendios

forestales, y construcción de edificios. Los mayores contaminantes provienen de la combustión de los combustibles fósiles que producen:

CO(monóxido de carbono) proviene de la combustión incompleta de los combustibles fósiles.

CO2 Hidrocarburos. NOx

SOx (principalmente del carbón) Partículas (ejemplo: hollín) Finas partículas de sólidos o

líquidos en suspensión, peligrosas al depositarse en los pulmones y causar enfermedades o cáncer.

O3 troposférico.Partículas producidas a partir de los contaminantes

primarios.PAN (nitrato de peroxiacetileno)

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Contaminantes Naturales del Aire

Fuente Contaminantes

Volcanes Óxidos de azufre, partículas

Fuegos forestales Monóxido de carbono, dióxido de carbono,

óxidos de nitrógeno, partículas

Vendavales Polvo

Plantas (vivas) Hidrocarburos, polen

Plantas (en descomposición)

Metano, sulfuro de hidrógeno

Suelo Virus, polvo

Mar Partículas de sal

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Fuentes artificiales o antropogénicas Procede de las distintas actividades humanas. Destaca especialmente la combustión de

combustibles fósiles y sus derivados, bien en la industria como en centrales térmicas o siderometalúrgicas, en el transporte o en el uso doméstico.

Actividades agrícolas y ganaderas, como la quema de bosques para aumentar el suelo agrícola, la quema de rastrojos, la emisión de gases por los fertilizantes (N2), por el ganado (CH4 producido en el tubo digestivo).

Una fuente de emisión que está creciendo es la incineración de residuos sólidos, esta práctica si no se realiza de manera adecuada puede producir emisiones de N2, CO2, NO, SO3, dioxinas, etc.

Tráfico

Siderurgia

Quema de rastrojos

Incineración de residuos

Agricultura y ganadería Refinerías de petróleo

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El conjunto de contaminantes generados en estos procesos tiene menor volumen que los contaminantes naturales, pero los efectos producidos son perores en el caso de los contaminantes artificiales debido a su mayor reactividad.

TIEMPO DE RESIDENCIA El tiempo que un contaminante permanece en la atmosfera, depende del tipo de contaminante y de las condiciones atmosféricas (lluvia, viento, inversiones térmicas…)

Tiempo de residencia

Gases: Depende de su capacidad reactiva

Partículas: Depende de su tamaño

Unidades de medida

Gases: ppm, ppb, cm3/m3

Partículas: μg/m3 o mg/m3

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TIPOS DE CONTAMINANTES

Se pueden hacer distintas clasificaciones:

Radiaciones ionizadasRadiaciones no ionizadas

Contaminación sonora

Gases Partículas

Olores

Sustancias químicas

Formas de energía.

Según la naturaleza del contaminante:

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Inocuos

Nocivos

Según la Toxicidad del contaminante:

Secundarios

Primarios

Según la Procedencia del contaminante:

Los contaminantes primarios derivados de la combustión de combustibles fósiles

incluyen el monóxido de carbono, el dióxido de carbono, el carbono negro u hollín, hidrocarburos sin quemar, óxidos de

nitrógeno y óxidos de azufre.

Térm

ino

s clave

En presencia de la luz solar se forman los contaminantes secundarios,

cuando los contaminantes primarios experimentan una serie de reacciones

con otras sustancias químicas ya presentes en la atmósfera.

Page 12: 5.7.contaminación del aire en las ciudades

Contaminantes primarios

Proceden directamente de la fuente de emisión y se encuentran tal y como fueron emitidos.

Sus fuentes son perfectamente identificables y en conjunto supone el 90% de los contaminantes del aire.

Su naturaleza física y su composición química es muy variada.

Se agrupan: Según su estado físico (caso

de partículas y metales), Según elemento químico

común (caso de los contaminantes gaseosos).

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GASES

TIPOS CONTAMINANTES

PRIMARIOSCONTAMINANTES

SECUNDARIOS FUENTES DE

EMISIÓN

Compuestos de Azufre SO2 ;H2S SO3, H2SO4, SO4 = Combustión de

carburantes que contienen Azufre.

Compuestos de Nitrógeno NO ;NH3 NO2 ; NO3 Combustión de N2 y O2 a

alta temperatura.

Compuestos de Carbono De C1 y C3 Aldehídos, cetonas,

ácidos

Combustión de carburantes de

petróleo; uso de disolventes.

Óxidos de Carbono CO2 ;CO Ninguno . Combustión .

Compuestos de halógenosHF; HCl

Ninguno Industrias metalúrgicas .

Oxígeno y oxidantesO3

Instalaciones eléctricas de alta tensión,

vehículos automóviles.

PARTÍCULAS

PolvosPartículas sólidas procedentes de la trituración de las rocas, de cenizas

volcánicas o de partículas arrastradas por el viento.

Humos Pequeñas partículas originadas por combustión

Nieblas Suspensiones de líquidos en forma de gotas que se condensan a partir de un

gas evaporado

Aerosoles Nubes de partículas líquidas microscópicas o submicroscópicas suspendidas

en el aire.

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Dada su presencia natural en la atmósfera y su falta de toxicidad, no se debería considerar una sustancia contaminante. Se dan dos circunstancias que lo hacen un contaminante de gran importancia en la actualidad: Es un gas que retiene rayos

infrarrojos y produce el efecto invernadero;

Su concentración está aumentando en los últimos decenios por la quema de los combustibles fósiles y de grandes extensiones de bosques .

CO2CO

Alrededor del 90% del que existe en la atmósfera se forma de manera natural en la: Combustión incompleta del

carbono

Oxidación de metano (CH4) por reacciones fotoquímicas.

Se va eliminando por su oxidación a CO2, al pasar a la estratosfera o al incorporarse al suelo

La actividad humana lo genera en grandes cantidades. Procede, principalmente, de la combustión incompleta de la gasolina y el gasoil en los motores de los vehículos.

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SOx

SO2

Incluyen el dióxido de azufre (SO2) y el trióxido de azufre (SO3).

Su vida media en la atmósfera es corta, de unos 2 a 4 días.

Casi la mitad vuelve a depositarse en la superficie húmedo o seco y el resto se convierte en iones sulfato (SO4

2-).

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NOx (conjunto de NO y NO2)

El NO y NO2 proceden de fuentes naturales o de combustión de carburantes a altas

temperaturas. En las ciudades son emitidos por el humo de los coches.

El NO2 también procede de la oxidación del NO.

Muy importante en la formación del smog fotoquímico, del nitrato de peroxiacetilo

(PAN) e influye en las reacciones de formación y destrucción del ozono, tanto

troposférico como estratosférico, así como en el fenómeno de la lluvia ácida. En

concentraciones altas produce daños a la salud y a las plantas y corroe tejidos y

materiales diversos.

Las actividades humanas que los producen son, principalmente, las combustiones

realizadas a altas temperaturas. Más de la mitad de los gases de este grupo emitidos

en España proceden del transporte.

Oxidos de nitrógeno NOx

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Óxido nitroso (N2O)

En la troposfera es inerte y su

vida media es de unos 170 años.

Va desapareciendo en la

estratosfera en reacciones

fotoquímicas que pueden tener

influencia en la destrucción de la

capa de ozono. También tiene

efecto invernadero.

Procede fundamentalmente de

emisiones naturales (procesos

microbiológicos en el suelo y en

los océanos) y menos de

actividades agrícolas y ganaderas

(alrededor del 10% del total).

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Es un contaminante primario que se forma de manera natural . Se produce en pantanos y arrozales, por la descomposición producidas por las

bacterias metanogénicas. También en la combustión de la madera, por el uso de disolventes, combustión de automóviles o incineración de sustancias orgánicas.

La importancia proviene de su reacción en cadena. Su permanencia en la atmósfera dura desde varios días hasta meses. Desaparece

de la atmósfera a consecuencia, principalmente, de reaccionar con los radicales OH formando, entre otros compuestos, ozono. Su vida media en la troposfera es de entre 5 y 10 años. Contribuye al efecto invernadero.

Metano(CH4)

En la atmósfera están presentes muchos otros hidrocarburos, principalmente procedentes de fenómenos naturales, pero también originados por actividades humanas, sobre todo las relacionadas con la extracción, el refino y el uso del petróleo y sus derivados.

Sus efectos sobre la salud son variables. Algunos no parece que causen ningún daño, pero otros afectan al sistema respiratorio y podrían causar cáncer p. ej. benceno.

Intervienen de forma importante en las reacciones que originan el "smog" fotoquímico.

Otros Hidrocarburos

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En la atmósfera permanecen suspendidas substancias muy distintas como partículas de polvo, polen, hollín (carbón), metales (plomo, cadmio). AEROSOL: se refiere a los

materiales muy pequeños, sólidos o líquidos.

PARTÍCULAS se suele llamar a los sólidos que forman parte del aerosol.

POLVO a la materia sólida de tamaño un poco mayor (de 20 micras o más).

Partículas y aerosoles

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Contaminantes secundarios

Se generan a partir de los primarios al reaccionar entre sí o con la radiación solar o el vapor de agua.

No provienen directamente de los focos emisores y poseen un gran poder oxidante.

Son los responsables de la denominada contaminación fotoquímica.

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El que se encuentra en la zona más cercana a la superficie se forma por reacciones inducidas por la luz solar en las que participan, principalmente, los óxidos de nitrógeno y los hidrocarburos presentes en el aire (COV).

Es el componente más dañino del smog fotoquímico y causa daños importantes a la salud, cuando está en concentraciones altas, y frena el crecimiento de las plantas y los árboles.

Ozono troposférico

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EL OZONO ACTÚA COMO CONTAMINANTE EN LA TROPOSFERA

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FUNCIÓN DE LA ATMÓSFERA

La capa de ozono

Gas de olor picante

Troposfera Estratosfera

Se encuentra en

Es un contaminante Constituye la capa de ozono

Mecanismo de formación/destrucción natural del O3

es

1º Fotólisis del oxígeno por la luz UV O2 + UV (rayos ultravioleta) → O + O

2º Formación del ozono O2 + O → O3 + calor

3º Destrucción del ozono a) Fotólisis del ozono O3 + UV → O2 + O

b) Reacción con el oxígeno atómicoO + O3 → O2 + O2

Está en equilibrio dinámico y retiene un 90% de la radiación UV liberando calor

que eleva la temperatura de la estratosfera

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CONTAMINANTE: EL OZONO DE LAS

CIUDADES

El ozono (O3) es una sustancia cuya molécula está compuesta por tres átomos de oxigeno. Si se respira en grandes cantidades, puede provocar una irritación en los ojos y/o garganta.

¿ Qué es ?

¿ Dónde se encuentra ?

En la TroposferaRepresenta el 10 % del total. Esta en concentraciones de 0,02-0,3 ppm,. También denominado ozono ambiental. es peligroso para los seres vivos por su fuerte carácter oxidante. Elevadas concentraciones de este compuesto a nivel superficial forman el denominado SMOG FOTOQUÍMICO.Aumenta el efecto invernadero, es 2000 veces más dañino que el CO2.

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PERO , ¿ CÓMO SE FORMA ?Un letrero de la calidad del aire, señalando un

aviso de ozono alto, Gulfton,

Houston, Texas.

EL OZONO DE LA TROPOSFERA

Es un contaminante secundario, formado cuando las moléculas de oxígeno

reaccionan con átomos de oxígeno liberados del dióxido de nitrógeno en

presencia de la luz solar.

Términos clave

NO2 +luz => NO + OO2 + O => O3

La combustión de los combustibles fósiles libera NOx e hidrocarburos (Se producen por su combustión incompleta. Los NOX se producen cuando el O2 reacciona con el N2 (ambos están en la atmósfera y reaccionan como resultado de la alta temperatura producidas en la combustión de los combustibles fósiles.

N2 + O2 => NO + O2 => NO2 + O O + O2 => O3

Si no hay hidrocarburos, el ozono “se recicla”, pues reaccionan:O3 + NO NO2 + O2

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El ozono es un gas tóxico y un agente oxidante.

Daña las plantas, el ozono troposférico es absorbido por las hojas de las plantas, y degrada la clorofila, por lo que la fotosíntesis y la productividad es reducida.

A partir de unos 150 micro-gramos/m3 por metro cúbico, produce daños en la salud humana, Irrita los ojos, puede causar dificultades respiratorias en seres humanos y aumentar el riesgo de infecciones.

Es muy reactivo y puede afectar a los tejidos textiles (celulosa), plásticos y blanqueantes y a los materiales a base de goma (reduce la vida útil de los neumáticos)

¿ CUAL ES EL PROBLEMA ?

El ozono troposférico es muy reactivo y causa daños

a las plantas (cultivos y bosques), irrita los ojos, provoca enfermedades respiratorias y daña los

tejidos y los materiales de goma.

Términos clave

http://www.lanacion.com.ar/928913-las-plantas-y-el-ozono

Page 27: 5.7.contaminación del aire en las ciudades

FORMACIÓN DE LAS PARTÍCULAS

La combustión de materia orgánica o combustibles fósiles libera pequeñas partículas de

carbón y partículas de pequeño tamaño (partículas en suspensión) con un diámetro más

pequeño de 10 micrómetros o micras, muchas de estas partículas provienen de la

combustión del gasoil de los vehículos diesel.

Producen:

Se depositan en bronquios y pulmones, provocando asma, cáncer de pulmón, problemas

respiratorios y muerte prematura.

Muchas partículas son cancerígenas.

En las áreas con densidad de población alta y cerca de las industrias, si existen cultivos

estos son cubiertos por las partículas, por lo que menos luz alcanza a las hojas,

disminuyendo la fotosíntesis y la productividad.

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LAS NIEBLAS CONTAMINANTES

(Smog )

Término que se emplea para designar todo

tipo de neblina en la atmósfera causada por

contaminantes atmosféricos. Esta niebla

tóxica puede contener ozono y es perjudicial

para el sistema respiratorio y los ojos.

¿ QUÉ ES EL SMOG ?

La niebla contaminante (smog)

es una mezcla compleja de

contaminantes primarios y

secundarios, de la cual el ozono

troposférico es el principal

contaminante.

Términos clave

vista de Pekín un día tras la lluvia y otro soleado

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LAS NIEBLAS CONTAMINANTES

(Smog ) En días soleados, con alta densidad de tráfico,

(potenciado en invierno por las calefacciones ) se

puede formar el smog fotoquímico.

FORMACIÓN DEL SMOG

http://aspectos-medioambiente.blogspot.com.es/2014/04/el-smog-fotoquimico.html

También puede ser producido por los incendios

forestales. En Indonesia, en 1997 causo el smog

sobre el SE de Asía.

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SMOG FOTOQUÍMICOOcurren una serie de reacciones

fotoquímicas complejas:

Formación de O3 por el ciclo fotolítico del NO2:

NO2 + luz NO + O O + O2 O3

Si no hay hidrocarburos, el ozono “se recicla”, pues reaccionan:

O3 + NO NO2 + O2

Formación de radicales libres a partir de hidrocarburos: Si hay hidrocarburos, los radicales de éstos oxidan al NO y originan radicales libres (y el ozono se acumula).

Formación del PAN (nitrato de peroxiacetileno) y aldehídos: A partir de reacciones entre radicales libres y contaminantes primarios o el propio O2.

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LAS NIEBLAS CONTAMINANTES

(Smog ) En días soleados, con alta densidad de tráfico,

(potenciado en invierno por las calefacciones ) se

puede formar el smog fotoquímico.

La frecuencia y severidad de las nieblas contaminantes fotoquímicas en un área dependen de la topografía local, el clima, la densidad de población y el empleo de combustibles fósiles. Las precipitaciones limpian el

aire y el viento dispersa la niebla contaminante. Las inversiones térmicas estancan las nieblas contaminantes en los valles (por ejemplo, Los Ángeles, Santiago de Chile, México D. F., Río de Janeiro, São

Paulo o Pekín), con lo que la concentración de contaminantes atmosféricos puede aumentar hasta niveles perjudiciales e incluso letales.

FORMACIÓN DEL SMOG

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El ozono: El que se encuentra en la zona más

cercana a la superficie se forma por reacciones inducidas por la luz solar en las que participan, principalmente, los óxidos de nitrógeno y los hidrocarburos presentes en el aire (COV).

Es el componente más dañino del SMOG FOTOQUÍMICO y causa daños importantes a la salud, cuando está en concentraciones altas, y frena el crecimiento de las plantas y los árboles.

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SMOG FOTOQUÍMICO: Se produce por la presencia en la atmósfera de oxidantes fotoquímicos ( O3, PAN ( nitrato de peroxiacetileno), Aldehídos), que emanan de las reacciones de los óxidos de Nitrógeno, hidrocarburos y Oxígeno con la energía proveniente de la radiación solar ultravioleta. Este proceso se ve favorecido por las situaciones anticiclónicas, fuerte insolación y vientos débiles que dificultan la dispersión de los contaminantes. Es una especie de bruma que produce irritación ocular, daños en la vegetación y materiales como el cuero y las fibras sintéticas y formación de O3 troposférico.

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En una situación de inversión térmica una capa de aire más cálido se sitúa sobre el aire superficial más frío e impide la ascensión de este último (más denso), por lo que la contaminación queda encerrada y va aumentando.

Las REACCIONES FOTOQUÍMICAS que originan este fenómeno suceden cuando la mezcla de óxidos de nitrógeno e hidrocarburos volátiles emitida por los automóviles y el oxígeno atmosférico reaccionan, gracias a la luz solar, formando ozono.

NO2+luz NO+O ; O+O2 O3

El ozono es una molécula muy reactiva sigue reaccionando con otros contaminantes presentes en el aire y acaba formando un conjunto de varias decenas de sustancias distintas como nitratos de peroxiacilo (PAN), peróxido de hidrógeno (H2O2), radicales hidroxilo (OH), formaldehido, etc.

RH + O2 + NO + UV R´CHO + NO2 + O3 + PAN

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Tipos de contaminantes Sustancias químicas Contaminantes secundarios

Ozono troposférico

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http://www.ebooksampleoup.com/ecommerce/view.jsp?ID=000777721d4f838996e8a

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DISPERSIÓN DE LOS CONTAMINANTES

En las zonas costeras: Se originan BRISAS que durante el día desplazan los contaminantes hacia el interior, mientras que durante la noche al invertirse la circulación de las mismas las contaminación se desplaza hacia el mar. Es un proceso diario y cíclico.

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En los valles fluviales y laderas: Durante el día las laderas se calientan y se genera una corriente ascendente de aire caliente, en el fondo del valle se acumula una masa de aire frío originando una situación de INVERSIÓN TÉRMICA que impedirá el movimiento de las masas de aire y dificultará la dispersión de los contaminantes. Durante la noche el suelo cede calor a las masas de aire en contacto y asciende, el lugar es ocupado de nuevo por aire frío por lo que se repite la situación de inversión. Luego las laderas de las montañas impiden la circulación de aire y favorecen la acumulación de contaminantes.

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Las condiciones climáticas locales pueden favorecer la

persistencia de la niebla contaminante

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Frena la velocidad del viento, facilita la deposición de partículas en las hojas y absorben el CO2 a través de la fotosíntesis, por lo tanto es un factor regulador de la contaminación.

La presencia de masas vegetales:

Influye en el movimiento de las masas de aire ya que disminuyen y frenan su velocidad y forman turbulencias. Aparece el denominado efecto Isla de Calor, debido a la combustión de los automóviles, calefacciones, calor desprendido por el pavimento y edificios. Todo esto favorece la aparición de brisas urbanas. Es una circulación cíclica que dificulta la dispersión de los contaminantes. Aparecen las Cúpulas de contaminantes que se ven incrementadas por los anticiclones

La presencia de núcleos urbanos:

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Boina de contaminación en las ciudades

Movimiento del aire en una “isla de calor”

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En España, como en otros países mediterráneos, durante el verano se dan condiciones meteorológicas favorables para la formación de ozono: altas

temperaturas, cielos despejados, elevada insolación y vientos bajos

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ESTRATEGIAS DE GESTIÓN DE LA CONTAMINACIÓN

REDUCIR CONSUMO DE COMBUSTIBLES FÓSILES (REDUCCIÓN DEMANDA DE

ELECTRICIDAD, VEHÍCULOS PRIVADOS)

CAMBIO A FUENTES DE ENERGÍA RENOVABLES.

UTILIZACIÓN DE MEDIDAS DE DEPURACIÓN: CONVERTIDORES CATALÍTICOS.

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ENVIRONMENTAL SYSTEMS AND SOCIETIES. RUTHERFORD, Jill. WILLIAMS, Gillian. Editorial Oxford.

ECOLOGY. GREENWOOD, Trancey. SHEPHERD, Lyn. ALLAN, Richard. BUTLER, Daniel. Editorial BIOZONE International Ldt.

• Ciencias de la Tierra y Medioambientales. 2ºBachillerato. CALVO, Diodora, MOLINA, Mª Teresa, SALVACHÚA, Joaquin. Editorial

McGraw-Hill Interamericana.

Ciencias de la Tierra y del Medio Ambiente. 2º Bachillerato. LUFFIEGO GARCÍA, Máximo, ALONSO DEL VAL, Francisco Javier,

HERRERO MARTÍNEZ, Fernando, MILICUA ARIZAGA, Milagros, MORENO RODRÍGUEZ, Marisa, PERAL LOZANO, Carlota, PÉREZ

PINTO, Trinidad.

CIENCIAS DE LA TIERRA Y MEDIAMBIENTALES 2º Bachillerato. MELÉNDEZ, Ignacio, ANGUITA, Francisco.

CABALLER, María Jesús. Editorial Santillana.

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BIBLIOGRAFÍA/PÁGINAS WEB