El 5 de Diciembre de 1952, los londinenses tuvieron un amargo despertar. Corrieron sus cortinas para encontrarse con una nube oscura que cubría toda la ciudad: se trataba de un cocktail corrosivo de una mezcla de neblina, humo y gas proveniente de calefactores domésticos y plantas eléctricas. Por una peculiaridad del tiempo, el smog permaneció durante cuatro días, y en esa semana se produjeron más muertes en Londres que en los momentos cúspides de la epidemia del cólera que azotó Londres en los años 1866. Aproximadamente a unas 4.000 personas, después de inhalar las partículas de humo y ácido, se les inflamaron las mucosas de sus pulmones, produciéndoles la muerte por bronquitis.

Hasta esa fecha, los londinenses pensaban que ellos podían convivir con la polución del aire. No les gustaba mucho la mezcla, pero se habían acostumbrado a ella. El acontecimiento del año 1952 cambió todo. Aguijoneado por el clamor público, el gobierno formó un comité de investigación. En 1956 se desarrolló una legislación que establecía zonas sin humo, destinada a reducir las fuentes domésticas de humo. Sólo se podían usar combustibles que no produjeran humo. Además se cerraron las estaciones eléctricas urbanas y se introdujeron tipos de carbones más limpios.

Fue así como esos cuatro días de oscuridad marcaron un hito y cambiaron la forma de pensar de la población respecto a la polución. Uno de los principales villanos en este contexto fue el "dióxido de azufre". En esos días los niveles de SO₂ en el aire se incrementaron siete veces, y los niveles máximos alcanzados coincidieron con el máximo número de muertes. El SO₂ que se produce al quemarse el carbón, asciende, y en las nubes, por la acción de varios agentes oxidantes (algunos naturales y otros no), se convierte en ácido. Pero su efecto no sólo se siente en las ciudades con smog, ya que el viento puede arrastrar las nubes cargadas de azufre a cientos de millas de distancia, antes que caigan a lagos como lluvia ácida, bajando el pH y matando peces e invertebrados. Y hoy día hay además otro villano que considerar: el "ácido nítrico".

En los siglos XIX y XX, el SO₂ fue la principal fuente de la lluvia ácida, tanto en Europa como en Norte América. Niveles bajos de radicales hidroxilos (moléculas OH altamente reactivas que están naturalmente presentes en el aire) van convirtiendo lentamente el SO₂ en ácido sulfúrico. Sin embargo este ácido se forma más rápido a partir del SO₂ disuelto en las gotas de las nubes:

SO₂ + H₂O <-> H₂SO₃ (ácido sulfuroso)
H₂SO₃ <-> H⁺ + HSO₃^-
HSO₃^- + 1/2 O₂ -> H⁺ + SO₄^2- (ácido sulfúrico)

Trazas de metales, como hierro y manganeso, que se encuentran en el aire provenientes de la quema de carbón, catalizan la oxidación en las gotas. La oxidación es aun más rápida si además lleva "ozono" disuelto (O₃) (ahora un producto común en las ciudades contaminadas). El peróxido de hidrógeno (H₂O₂), naturalmente presente en el aire, es otra molécula que oxida al SO₂ en solución, y es más efectivo en condiciones ácidas, aun cuando estén presentes sólo en cantidades trazas.

Otros gases también acidifican la lluvia. El "Acido clorhídrico" (del gas cloruro de hidrógeno producido por la quema de carbón y madera) y el ácido nítrico (producido por el óxido de nitrógeno producido en la combustión de los vehículos) son muy solubles en las gotas de lluvia y cuando ya están en solución todas estas sustancias caen a la tierra con la lluvia.


Fuego y azufre

La polución que cubría la ciudad de Londres se había venido gestando desde la revolución industrial, a fines del siglo XVIII y en el transcurso del siglo XIX. Las industrias, las plantas eléctricas y los fuegos hogareños constituían la mayor fuente de SO₂ En Europa en la mitad del siglo XIX, las emisiones de azufre habían crecido tanto que ya estaban produciendo efecto en zonas muy alejadas de su lugar de emisión. Claro que nadie conocía la lluvia ácida, pero el hollín producido por la quema del carbón era visible en todas partes. Ya en ese tiempo la "nieve negra" que caía tan lejos como en Escandinavia, se atribuía a la quema de carbón de Inglaterra.

La lluvia ácida como tal sólo en la década de 1980 llegó a ser una preocupación ambiental, especialmente después de las campañas de grupos ecologistas como Greenpeace y Amigos de la Tierra. Desde entonces han cambiado las industrias y las políticas climatológicas, tanto en Europa como en Norte América. Es así como se han logrado disminuciones dramáticas en las emisiones de azufre, utilizando combustibles bajos en azufre, como por ejemplo el gas natural en la producción de electricidad. Del mismo modo se ha reducido la emisión en las grandes plantas productoras de electricidad, logrando que los gases emitidos sean libres de SO₂, mediante un proceso llamado "desulfurización del gas de llama".

Como resultado de estos cambios, ha ido variando el interés público a temas como el hoyo en la capa de ozono y el efecto invernadero. Sin embargo, la acidificación es todavía una amenaza muy real en regiones del mundo donde las industrias no se han adaptado, tratando de disminuir sus emisiones de azufre. Ello sucede en China, parte de Europa Oriental y en la ex Unión Soviética. Por ello se espera que la emisión de azufre continúe incrementándose en el mundo, por lo menos hasta el año 2020 (ver figura 4).

Pero hay una nueva amenaza ácida, por la creciente cantidad de vehículos motorizados que exhalan óxidos de nitrógeno (NOx). Estos son rápidamente convertidos a ácido nítrico gaseoso, de modo que aun en los días nublados el aire puede estar saturado con químicos corrosivos.

Es necesario recordar que hay también fuentes naturales de lluvia ácida. La lluvia natural es ligeramente ácida, con un pH algo inferior a 5.6. Ello es debido al CO₂ que disuelto en agua forma ácido carbónico (para comparación, la lluvia ácida proveniente de la polución, tiene pH de 3). Hay también muchas otras fuentes de acidez natural en lagos, ríos y lagunas. Así por ejemplo el plancton en el océano libera ácidos dimetil sulfídrico, que se convierten a ácido sulfúrico en la atmósfera. Estas minúsculas gotas de ácido sulfúrico desempeñan una función importante en los modelos climáticos naturales, ya que el agua se condensa alrededor de ellas, para formar gotas más grandes.

En la tierra, las "erupciones volcánicas" constituyen una emisión significativa de compuestos de azufre, y por lo tanto de ácido sulfúrico. En erupciones pequeñas que producen ácido, éste se dispersa sobre la superficie de terrenos locales, lo que a menudo daña las cosechas y hace difícil la respiración. En erupciones más violentas, los gases son enviados más alto hacia la atmósfera. Una gran proporción de ellos terminan en la estratósfera, donde gotas de ácido sulfúrico pueden permanecer por años, ayudando a adelgazar la capa de ozono. Además, las partículas sulfatadas tienen un efecto de enfriamiento indirecto. Actúan como núcleo en la formación de nubes que refrescan el planeta. Así resulta irónicamente, que al reducir las emisiones de azufre se tiende a promover el calentamiento global. Este es un ejemplo de la complejidad química de la atmósfera que puede conducir a consecuencias no imaginadas, tanto buenas como malas. Pero los efectos de enfriamiento son pequeños, de modo que ello es una pobre excusa para que se continúe sin control la emisión de azufre.

Otra fuente natural de ácido incluye las "descargas eléctricas" de los rayos. El óxido nítrico creado en la descarga eléctrica, produce ácido nítrico. En algunas partes del mundo esto es una fuente importante de nitratos, que fertilizan el suelo, que de otra forma sería deficiente. Los grandes meteoritos, cuando golpean sobre la atmósfera, también producen óxido nítrico. Incluso algunos geólogos argumentan que después del gran meteorito que impactó la Tierra hace 65 millones de años, éste habría sido el culpable por la lluvia corrosiva con ácido nítrico que en definitiva habría llevado a la desaparición de los dinosaurios.

"Los incendios forestales" envían ácidos a la atmósfera y las prácticas modernas mecanizadas de manejo de bosques, permiten que estos incendios se extiendan a mayores amplitudes, como acaba de suceder en Malasia durante los últimos años. También ellos pueden comenzar en forma deliberada, como los incendios que acaban de amenazar los suburbios de Sydney en Australia. Los incendios forestales producen ácido nítrico, clorhídrico y sulfúrico, junto con ácidos orgánicos, como ácido acético y ácido fórmico, los que pueden más tarde hacer más ácidas las lluvias.

En la primera mitad del siglo XX, la lluvia ácida (fuera ésta natural o no) fue un fenómeno desconocido. Pero en la década de 1950, en Escandinavia, para los científicos sus efectos ya fueron evidentes, al comprobar pérdidas de peces en los lagos de las montañas. Fue así como se llegó a establecer en Europa una red de puestos de monitoreo del agua de lluvia, lo que muy pronto demostró la existencia de lluvia ácida, producto de la actividad humana. También se culpó a la lluvia ácida de la muerte de vastas extensiones de bosque en Alemania. Los efectos de la gran polución de azufre preocuparon tanto, que el tema fue expuesto al mundo en Estocolmo, en la "Conferencia sobre Medio Ambiente Humano" de Naciones Unidas celebrado en el año 1972. Como resultado de ella, se estableció la responsabilidad de los países, en el sentido de que éstos no deben dañar el ambiente de otros países. Esto pavimentó el camino para el desarrollo de programas destinados a reducir la contaminación del aire. El más importante de éstos fue la convención de "Polución Aérea de Largo Alcance Transfrontera" (LRTAP), que se acordó en 1979 por las naciones económicas líderes.


Los daños producidos. Estrategia para disminuir la emision

En las últimas décadas del siglo XX, después del LRTAT, se fueron consolidando numerosos acuerdos internacionales, incluyendo el Protocolo de Gothenburg en 1999 y varias directivas de la Unión Europea, destinadas a controlar las grandes fuentes de emisión. Todo esto, como resultado ha llevado a disminuir las emisiones de SO₂ y NOx, provenientes de las grandes estaciones eléctricas, como también a disminuir las emisiones de los vehículos de transporte. Así por ejemplo, los convertidores catalíticos en la actualidad reducen los niveles exhalados de monóxido de carbono, hidrocarbonos y NOx.

Las emisiones de azufre han continuado disminuyendo en Europa y Norte América, pero aun así, pasarán muchos años antes de lograr controlarlas. Si bien los lagos se mantienen ácidos por años, sin embargo ya algunos están demostrando disminuciones auspiciosas (ver figura 5).

¿Pero cuándo la lluvia ácida comenzó a tener el efecto corrosivo?. Los primeros efectos extensivos fueron evidentes por la comprobación de la declinación de la pesca en los lagos del noreste de Europa, que se comenzó a constatar al comienzo del siglo XX. Pero incluso es posible comprobar cambios producidos en tiempos anteriores, mediante el estudio del sedimento de los lagos, particularmente examinando los restos de algas unicelulares, llamadas "diatomeas". Los lagos acidificados fueron dominados por especies de diatomeas que podían tolerar el pH bajo. En Escocia, estos estudios sugieren que éstos comenzaron a ser más ácidos ya al final del siglo XIX. Los lagos más vulnerables son aquellos que tienen una baja capacidad buffer, lo que significa que ellos contienen una cantidad limitada de material alcalino proveniente de sus bordes erosionados rocosos y de su suelo.

Los salmones, las truchas, los peces pequeños y las cucarachas, parecen ser los más sensibles a la acidificación, mientras que las anguilas son las más resistentes. Así por ejemplo, entre 1978 y 1983, en los lagos del sur de Noruega, murió el 30% de las truchas. Las aguas ácidas hace que sus membranas se hagan más permeables y que por ello en sus agallas escurran líquidos, incrementando la pérdida de iones como el cloro y el sodio. Los peces necesitan mantener una alta concentración de estos iones en sus tejidos, ya que de no ser así el agua es succionada por osmosis. Un efecto es la reducción del volumen sanguíneo, que eventualmente conduce a falla cardiaca y muerte.

Otros cambios importantes también ocurren con la acidificación: se incrementa la solubilidad del aluminio en el suelo, arrastrando estos iones disueltos a ríos y lagos. Este metal tóxico daña las agallas, las que se taponan con mucus, sofocando al pez. El aluminio tiende a ser más tóxico cuando es baja la concentración de calcio en el agua, lo que a menudo sucede en los lagos acidificados. El calcio se pierde porque los iones neutralizan el ácido, formando sales insolubles.

Además de esta acción directa en los peces, la acidificación mata los insectos de los que ellos se alimentan. A su vez disminuyen los pájaros que se alimentan de peces, como aquellos que se alimentan de insectos.

En fin, la acidificación gatilla un amplio campo de alteraciones ecológicas en la superficie de las aguas. Así por ejemplo, el desarrollo de larvas y embriones de anfibios son muy sensibles al ácido. A ello se ha responsabilizado el incremento de las malformaciones que se han visto en sapos en Inglaterra.

Todos estos efectos pueden verse con más intensidad en las estaciones de las regiones templadas. Ello porque al derretirse la nieve durante la primavera, puede en muy poco tiempo liberarse una gran cantidad de ácidos que son arrastrados a los ríos y lagos. Incluso en áreas que están relativamente impolutas, esta llegada de ácidos de la primavera, puede afectar más sensiblemente a organismos jóvenes que han empollado más temprano.

En la década de 1980, lo que más preocupó fueron las enormes pérdidas de árboles, particularmente en Alemania. Pero la lluvia ácida no era la única culpable. Otro factor incluía los cambios climáticos, en particular, el incremento de las frecuencias de las sequías, los cambios en las prácticas forestales y las enfermedades foliares. Así por ejemplo en los Estados Unidos ha sido difícil relacionar las pérdidas de árboles en bosques duros, con la polución del aire.


Un veredicto abierto ¿Fué el ácido o los gases?

Desde hace tiempo que había diferentes explicaciones de cómo la lluvia ácida podía afectar a los árboles. Algunas consideraban la posibilidad de que los ácidos estando lo suficientemente concentrados, podían dañar directamente sus hojas. Otros identificaban efectos indirectos, como que los ácidos actuaran sobre la filtración de nutrientes minerales en el suelo, desnutriendo así a los árboles hasta provocar su muerte. Estaba también claro que la lluvia ácida podía disolver más materiales tóxicos como el aluminio, que en último término afectaran el sistema de raíces del árbol. También se pensaba que la lluvia ácida aumentaba la susceptibilidad de los árboles a las enfermedades y a los ataques de insectos.

El hecho es que el cuadro ha permanecido complejo, pero está claro que no es sólo la lluvia ácida la responsable de la muerte de los bosques. La atención se ha cambiado al rol que pueden jugar los contaminantes gaseosos. El ozono y el SO₂ pueden degradar rápidamente la clorofila, dándole a las agujas de las coníferas una apariencia blanca o rojo - café. Afortunadamente, tanto en Europa como en Norte América, los niveles del gas SO₂ han declinado significativamente y ya no representan tanta amenaza. Sin embargo en China, el SO₂ es aún la mayor fuente del daño a los vegetales. Mientras tanto, los niveles de ozono en Europa y Norte América han aumentado. A diferencia de la lluvia ácida, el ozono se asocia con días calmos y asoleados, desde el momento que la luz ultravioleta promueve la conversión de NOx e hidrocarbones provenientes de la exhalación de ozono de los autos.

La dramática disminución de la emisión de azufre de Europa y Norte América, se ha logrado por el cambio del carbón a combustibles de bajo contenido de azufre, como el petróleo refinado y el gas y a la modernización de Europa del Este. Como resultado, han disminuido los depósitos de azufre. Pero desgraciadamente ha habido un gran incremento en Asia, con una proyección de elevación de alrededor de 40 millones de toneladas de SO₂ para el año 1990 y alrededor de 110 millones de toneladas para el 2020.

Pero en el Este no hay lugar para complacencia, porque ha habido incrementos en otros contaminantes que causan lluvia ácida. El más importante es el óxido de nitrógeno liberado por las grandes plantas industriales y las fuentes del transporte, que generan ácido nítrico, como también ozono. En Europa y Norte América hay muchas regiones en que la lluvia ácida es esencialmente nítrica, más que sulfúrica.

Su resultado es que la formación ácida es más localizada. Esto porque el ácido nítrico es fácilmente creado en reacciones entre gases, a diferencia del sulfúrico, que sólo se forma en soluciones. De este modo la formación de ácido nítrico es menos dependiente de las nubes y generalmente se forma más cerca de la fuente, a diferencia del ácido sulfúrico.

Y hay más malas noticias. En el pasado una cantidad significativa de ácido en la lluvia era neutralizado por materiales alcalinos, especialmente los minerales ricos en calcio que eran arrastrados por ventarrones en forma de polvo. Pero durante las últimas décadas ha habido una lenta disminución en los niveles de materiales alcalinos en el aire, probablemente por una reducción de las emisiones de cenizas de la industria y por la menor cantidad de caminos no pavimentados, los que fueron en el pasado una fuente importante de polvo. Las emisiones de "amonio", provenientes principalmente del estiércol, asociado a la producción intensiva de cerdos y aves, se han incrementado en muchas partes del mundo. Uno podría pensar que esto es una buena cosa ya que el amonio es alcalino, pero éste reacciona con el SO₂ para producir sulfato de amonio, que en el suelo se convierte en ácido nítrico.

Con todo, hay evidencias de reducciones de depósitos de compuestos ácidos en algunas áreas (ver gráfico 3). Así por ejemplo, ha habido algunas mejorías en la calidad de los ecosistemas de agua dulce en ríos de Noruega, con incremento de la pesca de salmones y truchas. El impacto de lluvia ácida en ecosistemas, generalmente se evalúa en términos de la "carga crítica" que el ecosistema puede resistir (ver gráfico 3).

La disminución de depósitos de azufre ha sido tan notoria, que las cosechas en algunas partes de Inglaterra y Alemania (particularmente avena, cebada, aceite de raps), están resultando deficientes en azufre. Los agricultores ahora tienen que pagar para agregarle azufre a sus campos.

Las lecciones que se han aprendido en las regiones templadas no siempre son fáciles de aplicar en el Asia, donde la polución del aire está aumentando. Los científicos y los organismos reguladores enfrentan un nuevo problema frente al comportamiento de la lluvia ácida en ecosistemas totalmente diferentes. El rápido crecimiento de las emisiones, especialmente provenientes del uso de carbón, se combina con algunos nuevos factores encontrados a lo largo del borde Asia - Pacífico. Por ejemplo, grandes cantidades de polvos alcalinos arrastrados por el viento, ofrecen un potencial para neutralizar la lluvia ácida. Los incendios forestales pueden producir ácido, pero también liberan grandes cantidades de cenizas alcalinas que se dispersan con los ácidos y llevan a complicadas situaciones de acidez y alcalinidad. La respuesta de los suelos tropicales puede ser bastante diferente a los encontrados en Europa.

En resumen, la lluvia ácida en Asia presenta grandes desafíos para los científicos de la región, tal como los que tuvieron que enfrentarse a comienzos del siglo XX en Europa y Norte América. Por su parte, en el Este, los contaminantes que ahora amenazan son el NOx y el ozono. Si el número de automóviles se continúa incrementando, como ha sido hasta ahora, para el año 2025 habrán mil millones de autos en las calles y carreteras. Puede que el problema de los combustibles ricos en azufre para esa época estén resueltos, pero los motores a combustión continuarán vivos.