El hombre, la naturaleza y la protección ambiental

7,tiO JI), ¿/DL. i5
INGENIERO QUIMICO
CUAUHTEMOC 8. TLALPAN
SAN PEORO APOSTOL
MEXICO 22. D. F.
TEL. 573-14-44
Febrero 26 de 1981.
ACADEMIA MEXICANA IDE INGENIERIA
EL HOMBRE, LA NATURALEZA Y LA PROTECCION AMBIENTAL.
Ing. Adalberto Tirado Arróyave
Al recibir la muy honrosa designación de Académico de Número
de la honorable Academia Mexicana de Ingeniería mc he sentido incli-
nado a tratar el apasionante tema de la contaminación ambiental y
particularmente el de la relación que liga al hombre, poder intelec-
tual, con la naturaleza, poder físico, ya que de la conjunción de
ambos poderes surge el mundo que nos rodea.
Aparentemente las actividades humanas masivas están colocan-
do al hombre en condiciones ambientales cada vez más precarias y po-
niendo en peligro la propia sobrevivencia. Debemos, por tanto per-
manecer alertas y fomentar el desarrollo tecnológico para aplicar
métodos adecuados y hacer que todas esas actividades se realicen
en un marco compatible con la salud y el bienestar de los seres
humanos. 4
En el presente trabajo se discuten algunos conceptos fundamen-
tales para lograr tal objetivo.
1. EL HOMBRE Y LA NATURALEZA
Las condiciones ambientales naturales no son siempre tai
saludables ni tan convenientes, por lo que desde su origen el

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hombre ha buscado otras que estén más de acuerdo con sus necesi-
dades. Pero en el fondo, la influencia del hombre sobre la natura-
leza está condicionada a la naturaleza misma, pues es ésta la que
en realidad actúa al poner en marcha toda clase de fenómenos como
consecuencia necesaria de las condiciones que imperan en cada
instante.
El hombre estudia la naturaleza y de sus observaciones deduce
algunas generalidades que le permiten conocer de manera más o menos
simple, el comportamiento de la naturaleza y predecir, Con mayor o
menor exactitud la dirección y la intensidad de los fenómenos que
en un momento dado pueden ocurrir. Cuando la precisión es escasa,
el hombre queda a merced de las contingencias naturales sin poder
casi intervenir; pero si la precisión es razonable, el hombre pue-
de modificar algunas de las condiciones e inducir a la naturaleza
para que rinda situaciones que se asemejen a aquéllas que el hombre
originalmente imagin6 y deseaba obtener.
Mientras el hombre dispone de su inteligencia, la naturaleza
actúa ciegamente. Ella nos ignora: con hombres o sin hombres; con
nuestras ciencias o sin ellas, la naturaleza obedece a sus propios
impulsos cuya esencia y mecanismos generalmente ignoramos. Estos
impulsos son atribuibles al desequilibrio de las diversas tendencias
que aparecen y desaparecen a cada momento, tocandó al hómbre interve-
nir para que el resultado conduzca hacia lo que a él convenga.
A veces escuchamos que el hombre está destruyendo a la natura-
leza . Nada más alejado de. la realidad.. El hombre no puede destruir

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a la naturaleza; tal vez podrá destruirse a sí mismo, mas no será
porque haya destuído a la naturaleza sino porque ésta, al desatar
los fenómenos que son consecuencia necesaria de las condiciones que
prevalecen en cada instante, da lugar a nuevas condiciones ambienta-
les sin tomar en cuenta si en ello va la existencia del género huma-
no.
Las condiciones ambientales son el resultado de millones de
años de actividad incesante debida a fenómenos que no han podido de-
tenerse porque cada uno de ellos ha dado necesariamente lugar al que
le sigue. El hombre tiene así dos alternativas: suspender o reducir
sus actividades para volver a situaciones incómodas de pureza primi-
tiva o continuar su progreso y su desarrollo obliga'ndose a que todas
las operaciones y procesos rindan productos inofensivos bajo condi-
ciones ausentes de riesgo. La decisión esta fuera de duda.
2. LA PRESENCIA DE LAS COSAS
Conviene hacer unas breves reflexiones sobre la tendencia a
la desaparición de las cosas.
Ya que la presencia de una cosa es condicián necesaria para
su propia dasaparición y considerando que el que ella esté pre-
sente no implica necesariamente que haya de desaparecer, no po-
demos afirmar que Ia presencia de una cosa cause su desaparición
pero sí que la presencia de una cosa es el origen de su tendencia
hacia la desaparición.
En el mundo de los -fenómenos tísicos debe cuantjfjcarse este
-
¿ 1

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concepto. Nada hay mejor para cuantificar la presencia de una
Cosa que valerse de aquéllos parámetros Cori los que ella se ma-
nifiesta. Es por medio de la temperatura, el potencial eléctrico,
las fuerzas, las presiones o las concentraciones que el calor, la
electricidad, los objetos y las sustancias se manifiestan sien-
do aquéllos algunos parámetros convenientes para cuantificar la 1•
presencia de los iíltimos.
Pero la presencia de las cosas no siempre nos interesa ya que
pasa desapercibida o es ignorada en tanto que no nos afecta.
Durante toda su historia el hombre ha tratado de descubrir los
secretos de la naturaleza; pero para que él fije su atención en
ellos, es preciso que las cosas le manifiesten su presencia por
medio de fenómenos que es en verdad lo que el hombre percibe. Sin
embargo antes de que esa presencia se haga patente, la naturaleza
pone ya en juego sus tendencias y desata toda clase de fenómenos
para hacer que desaparezca aquéllo que apenas empezó a manifestar-
se, pues la tendencia a la desaparición da orjaen a los fenómenos.
1
3. EQUILIBRIOS
El objetivo de la tecnología ambiental es evitar la presencia
y lograr la desaparición de los contaminantes lo cual es consecuen-
cia de la tendencia hacia el equilibrio, que es una de las realidades
básicas que rigen al universo.
La naturaleza es floja; trata de llegar siempre a un estado de

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reposo, y en este proceso sigue el camino del mínimo esfuerzo.
El ser humano busca lo mismo, pues no puede sustraerse a las
tendencias de su naturaleza física. Sin embargo, usando su inte-
ligencia el hombre puede actuar en distinta forma sin contrariar,
desde luego, a las leyes naturales. Así,cuando el hombre trata de
alcanzar en forma directa la cima de un elevado tajo a 90 grados,
se encuentra ante un obsta'culo infranqueable, pero su inteligencia
le permite escalarlo haciendo un rodéo más o menos largo.
La energía mínima que debió gastar se obtiene al multiplicar el
peso del hombre por la altura de la cima. No obstante, para llegar
a la cumbre el hombre tuvo que emplear cantidades adicionales de
energía pues camino' una gran distancia y ejercitó todos los movi-
mientos musculares que requirió tal acto. La energía adicional fué
disipada en forma de calor con sacrificio de la eficiencia, pero
el hombre pudo así contrariar en apariencia a la tendencia natural
que obliga a los cuerpos a descender bajo la influencia de la gra-
vedad.
Considerando que para detener un fenómeno hay que oponer una
tendencia igual y de sentido contrario a aquélla que le da origen
y que, además, el estado de quietud se logra cuando la suma alge-
bráica de varias tendencias es igual a cero, podemos relacionar el
equilibrio con el juego de las tendencias y con la probabilidad de
que las cosas sucedan.
De acuerdo con el p'incipio de continuidad para que exista una
resultante de las tendencias A y B es necesario que éstas sean de
la misma naturaleza, o dicho en otras palabras, que constituyan
formas de una misma tendencia si se expresan en el sistema de uni-

da(v $zd Saz-
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dades que les es común. Cuantificando ahora esa tendencia o ten-
dencias con el logaritmo de su magnitud, la resultante es
Y = Log A - Log B
y el fenómeno cesará cuando
Y=O ; A = B
por otra parte, si "Z" es la probabilidad y "Y" la improbabilidad
de que "X" asuma un determinado valor,
z =1-Y
y siendo los casos posibles todos aquéllos en que la tendencia tome
un valor comprendido dentro de "X, en tanto que los casos desfavo-
rables o improbables son aquéllos en que la tendencia asuma un va-
lor restringido al intervalo "LX",
4? =
Si la tendencia toma, como limite, un valor fijo:
A x = dX ; 4AY - dY
Lx=i
e integrando para cada una de las tendencias:
Y=LogA - LogB
Z = 1 - (Log A - Log B)
Lo anterior indica que la condición de-.probablidad máxima
es el equilibrio; o sea cuando Z es igual a la unidad, es decir,
a la certeza. Por esta razón no puede haber ninguna otra condición,
lo cual se satisface sólo si en todo momento el equilibrio existe.
Así sucede; pues el equilibrio no consiste únicamente en el esta-
do de reposo, sino que abarca al equilibrio dinámico; no obstante que
si el esfuerzo ha de ser mínimo y la eficiencia máxima, la tendencia

da4e4v $;Z4 SLav-
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final debe apuntar siempre hacia el reposo. El reposo.es , pues, una
condición particular del equilibrio con eficiencia perfecta.
La expresión anterior muestra también que la prcabilidad de un
camino determinado sólo depende de la eficiencia. A la ineficien-
cia corresponde un término en la ecuación de equilibrio. A igual efi-
ciencia; todos los caminos son igualmente probables.por ello, la ecua-
Cióri del equilibrio dinámico se satisface en todo instante si en la su-
ma de las tendencias se incluye a las que son responsables del movimien-
to y a las que abaten la eficiencia por causa de éste último. Por ejemplo,
si la temperatura váría, se produce un cambio en la presión barométri-
ca e inmediatamente la naturaleza pone en marcha una serie de acciones
tendientes a anular la diferencia de presión: las masas de aire se
desplazan hacia la zona de menor presión dando origen al viento, mien-
tras que el viento transportado manifiesta su presencia aumentando la
presión en esa zona hasta que, eventualmente, las presiones se igualan y
cesa el movimiento. Mientras el viento corría, había un equilibrio diná-
mico ya que la diferencia de presiones era igual y de sentido contrario
a la equivalente a la velocidad del viento más las pérdidas. Este es el
teorema de Bernoulli pero vale en cualquier otro ámbito: si las fuerzas
son iguales y de sentido contrario, el equilibrio es estático; pero si las
fuerzas no son iguales y de sentido contrario queda satisfecha la ecuación
del equilibrio dinámico al sumar la aceleración de masas y la fricción
traducidas a unidades de fuerza.
El universo es un inmenso reactor. En el terreno de la química estas
ideas permiten conocer los cambios que tendrán lúgar en condiciones dadas.
Generalmente la presencia de una sustancia se mide por su
CoñCentraCión y si antes nos réferíamos a la presión como origen

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del movimiento, podemos reconocer ahora en la concentración al
origen de todos los fenómenos en que la sustancia interviene.
Cuando una masa de aire seco se encuentra con otra de aire
húmedo, el agua necesariamente escapará de la segunda hacia la
primera impulsada por su diferencia de concentraciór pero al ser
evacuada surgirá una diferencia de presión total, de modo que el
desplazamiento del vapor en un sentido dará lugar al desplazamien-
to del aire en sentido opuesto, hasta que tanto las humedades
como las presiones se igualen.
4. EL HOMBRE Y EL AMBIENTE
Cada hombre es parte integrante del universo y aunque sólo
sea un testigo de los fenómenos, se ve consciente o inconscientemen-
te involucrado en el juego de tendencias, equilibrios, reacciones,
etc.,siendo con frecuencia víctima de las circunstancias. Para no
ser víctima el hombre debe usar con ventaja de su inteligencia
e intervenir en el juego, haciendo que todas las actividades se
desarrollen en condiciones propicias y rindan productos útiles
e inofensivos.
Si en cierto momento aparece bióxido de azufre, la tendencia
a que tal sustancia desaparezca dará lugar a los fenómenos capa-
ces de consumir el bióxido de azufre,ya sea por absorción, por
reacción química o por cualquier otro proceso. Todos estos fenó-
menos se realizan simultánea pero independientemente, pues si bien
es cierto que en cada uno se consume bióxido de azufre, el consumo

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será mayor en aquellos casos donde la resistencia sea menor, es de-
cir, donde la afinidad sea mayor.
En esa atmósfera de bióxido de azufre, el ser humano consciente-
mente detecta la sustancia, la estudia y tal vez la aproveché;
pero inconscientemente su cuerpo reacciona tal como lo hace el me-
dio y absorbe el gas disolviéndolo o incorporándolo en algún órga-
no de acuerdo con los procesos que en ese momento puedan tener lu-
gar. Antes de que esto suceda, debe intervenir el hombre para mo-
dificar inteligentemente la situación y hacer que la sustancia
sea transformada o sea retenida en la forma y en el medio adecua-
dos.
Los seres vivos y aún los inanimados están atrapados en el jue-
go de las tendencias: si las sustancias son agresivas, ellas de-
saparecerán rápidamente pero lo harán a costa de cualesquiera
otras sustancias que les sean afines. Si por el contrario, las
sustancias no son agresivas, surge el riesgo de la acumulación ya
que permanecerán inalterables durante mucho tiempo y podrán alo-
jarse en el organismo dando lugar a transtornos más o menos graves.
Por esto es preciso impedir que las sustancias insolubles o inacti-
vas alcancen a los seres vivos.
5. LEY DE LA CONSERVACION DE LA MATERIA Y LA ENERGIA.
Ya que la materia y la energía no se crean ni se destruyen,
sólo se transforman, los contaminantes no pueden ser destruídos y,
para salir de ellos, no queda otro remedio que transformarlos en

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algo inofensivo o llevarlos a otra parte.
Recordemos que el monóxido de carbono es un gas extremada-
mente tóxico pues se incorpora a la sangre más fácilmente que
el oxígeno llegando a provocar la muerte por asfixia. Además de
ser producto de la combustión incompleta, el monóxido tiene su
origen, entre otros, en la putrefacción de las sustancias por lo
que siempre ha existido. Vale la pena recordar la forma maravi-
llosa que emplea la naturaleza para salir de él; primeramente,
el oxígeno atmosférico lo convierte en bióxido; posteriormente,
los vegetales absorben el bióxido y mediante un proceso de foto-
síntesis, en presencia de agua, regeneran oxígeno y fabrican azú-
car. Finalmente, el azúcar es convertido por las plafltas en
sustancia. Vegetal.
Si la naturaleza no hiciera ésto, la vida se habría extingui-
do. Obsérvese que se trata de una cadena que no puede interrumpir-
se, pues si la sustancia vegetal, a su vez, no se destruyera pa-
ra convertirse en monóxido, bióxido, etc, y entrar nuevamente al
ciclo, la corteza terrestre se cubriría por completo de vegeta-
les y cesaría toda actividad ya fuera por la invasión de las plan-
tas o por el agotamiento de todas las sustancias o elementos sus-
ceptibles de ser acumulados en ellas.
En esta cadena de vida el monóxido y el bióxido de carbono
así como otros Contaminantes más o menos nocivos juegan un impor-
tante papel en beneficio del hombre, gracias a que cada uno de

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ellos está en cantidad adecuada, en forma adecuada, en el lugar
adecuado y en el momento o portuno. Estos son los requisitos indis-
pensables para el éxito de las tecnologías encaminadas a proteger
el ambiente. Si se procede con torpeza, puede caerse fácilmente en
la cadena de contaminación al pasar simplemente los contaminantes de
un medio o de un organismo a otro, y dañar finalmente a los seres
humanos como lo muestra la Fig. 1.
La naturaleza dispone de medios para transformar otras muchas
sustancias nocivas en necesarias o inocuas: los óxidos de nitró-
geno que participan en la formación del smog o nieblumo, se forman a
altas temperaturas por rayos, etc., pero a la temperatura ambiente se
descomponen otra vez en oxígeno y nitrógeno. El bióxido de azufre es
otro contaminante natural de importancia pues.la cantidad que genera
la naturaleza en forma espontánea en volcanes y en otros sitios, es
comparable a la que el hombre produce. Sin embargo, la naturaleza
sale de él absorbiéndolo o combinándolo con otras sustancias antes
de que su concentración llegue a causar problemas serios. En el agua
y en el suelo la purificación natural se logra por la acción de
microrganismos que por sí solos serían una amenaza para la salud.
6. BALANCE DE MATERIAL Y ENERGIA
Ya que la contaminación es, en el fondo, un problema de acu-
mulación, recordenos un principio que no es sino consecuencia de
lo que acaba de citarse. Se trata de los balances de material y

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energía: en todo sistema la cantidad de materia o de energía que
entra o se genera menos la cantidad que sale o se transforma es
igual a la acumulación.
Al reaccionar 24 Kg de carbón con 32 Kg de oxígeno se generan
56 Kg de monóxido, pero si logramos hacer que reaccionen otros 32
Kg de oxígeno, el monóxido se transformará íntegramente en bióxido.
Ya que la cantidad de monóxido que se generó es igual a la que se
transforma,dicho gas no se acumulará. En cambio, si no se cuenta
con medios para que el bióxido salga o se transforme, la atmósfera
quedará cargada de este gas.
7. VELOCIDAD DE REACCION
La existencia y la acumulación de las cosas son independien-
tes entre sí. Para que no haya acumulación bastará con que se es-
tablezca un equilibrio dinámico donde la rapidez de entrada o de
generación sea igual a la rapidez de salida o de transformación.
La Fig. 2 muestra cómo la existencia de un contaminante se
reduce a un problema de rapidez: dentro del reactor el contaminan-
te está acumulándose y eventualmente creará problemas. Para evi-
tarlos, la rapidez de salida o de transformación debe ser mayor
que la rapidez de entrada o de generación, como lo indica la Fig. 3.
La Fig. 4 muestra que al establecerse el equilibrio dinámico,
en operación contínua, tendrá que haber siempre presente algo de
contaminante como se aprecia por las esferitas que circulan aden-
tro del reactor, pues es esa presencia lo que las impulsa a salir.

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8. NIVEL DE CONTAMINACION
Lo antes expuesto permite citar tres tendencias básicas que
rigen la presencia de los contaminantes:
8.1 La naturaleza establece siempre un equilibrio dinámico con
tendencia final hacia el reposo.
8.2 En el equilibrio los contaminantes se eliminan con la mis- 1 1
ma rapidez que se generan.
8.3 La velocidad de desaparición de un contaminante aumentará
en la medida que aumente también su presencia o concentra-
Cjón.
En Consecuencia, cuando se generan pequeñas cantidades de conta-
minante éste se hallará presente sólo en pequeñas cantidades y depen-
diendo de su agresividad caudará poco o ningún problema. Aunque ne-
cesariamente han de eguilibrarse las entradas con las salidas, por
tratarse de la desaparición de pequeñas cantidades de material bas-
tará con una velocidad de desaarición pequeña, la cual se establece-
rá tan pronto como el contaminante alcance una concentración a su vez
pequeña. En tales condiciones su presencia será quizá imperceptible. 4
En cambio, si se producen grandes cantidades de contaminantes, se
requerirá de una gran velocidad de eliminación, misma que no se es-
tablecerá a menos de que la concentración del contaminante sea alta.
En este caso surgirá un problema ambiental con todas sus consecuencias.
La Fig. 5 representa al nivel del agua como símil del nivel de
contaminaci6n en los tres recipientes la cantidad de agua que

J $;a
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entra es igual a la que sale; sin embargo, para duplicar la rapidez
de salida el nivel tiene que ser Cuatro veces mayor y, para tripli-
carla, el nivel debe elevarse nueve veces. Si el nivel está dado
en metros y un hombre estuviera parado en el fondo de cada reci-
piente, el nivel del contaminante --en este caso agua-- litra1-
mente ahogaría a los hombres que se hallaran en los dos últimos, lo
cual sería cierto a pesar de que el agua en sí no es nociva, pero
los seres humanos no pueden vivir sumergidos en este ambiente.
9. ABATIMIENTO DE LA CONTAMINACION
Los llamados contaminantes han existido siempre sin preocupar
a nadie en el pasado. Son los cambios en los equilibrios ecoló-
gicos, debidcB al aumento de la población y al progreso de la huma-
nidad, losque danlugar a los actuales problemas. El consumo masivo
de bienes y servicios genera gran cantidad de residuos, desper-
dicios, basura, etc., que para ser asimilados por la naturaleza
requieren de mucho tiempo con un nivel elevado de contaminación.
El hombre no puede detener su desarrollo y mediante la técnica
debe intervenir para hacer que antesde ser expulsados, tales dese-
chos se lleven a un grado de transformación suficientemente avanzado
que los vuelva menos agresivos, pero sobre todo más vulnerables
o inestables y, por lo tanto, menos duraderos, abatiéndose de ese
modo el nivel de Contaminación.
En términos generales la contaminación del aire se debe a pol-
vos y humos; a smog o nieblumo y a gases. Mientras se trate de

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sustancias orgánicas la combustión completa será siempre un recur-
so útil, pues los productos son compatibles con la naturaleza
e intervienen en el ciclo de la vida. Los polvos y los gases noci-
vos deben ser retiradós mediante procesos físicos o químicos que
en la actualidad son técnicamente factibles aunque a veces resul-
ten Costosos.
Los problemas del agua se deben a aceites y grasas; a acidez
o alcalinidad; a temperaturas exageradamente altas o bajas; a sus-
tancias en suspensión y sustancias disueltas; a sustancias que aba-
ten el oxígeno disuelto; a sustancias nocivas tanto para la agri-
cultura, como para la ganadería, la vida acuática y la vida huma-
na; a ge'rmenes y a sustancias tóxicas en general. De entre ellas,
las sustancias que abaten el oxígeno disuelto, constituyen el ma-
yor riesgo, pues impiden la purificación biológica del agua que es
tal vez el proceso más importante en la depuración natural de la
msma. En escala industrial, este proceso permite actualmente conver-
tir los efluentes industriales, domésticos y urbanos en nuevas fuen-
tes de agua útil. Algunas veces es preciso complementar el proceso.
En el suelo, los problemas se originan por la recolección, el
transporte y la eliminación de basuras y desperdicios de todo ori-
gen, así como por el uso indiscriminado de sustancias agroquími-
cas. La basura debe clasificare y reciclarse;y los residuos que
no sean útiles deben quemarse o enterrarse en lugares adecuados
impidiendo que los mantos inferiores se contaminen con agua infil-
trada a través cel relleno.
41

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- 16 -
10. CONCLUSIONES
10.1 Hay un conflicto entre desarrollo humano y contaminación
ambiental que debe y puede ser resuelto en favor del pri-
mero.
10.2 Hay también un conflicto entre la actividad y la inercia
de las sustancias. Todo residuo debe ser asimilable por
la naturaleza en un tiempo razonable sin que la concen-
tración exceda de valores tolerables para los seres vivos.
10.3 Todos los desechos deben expulsarse en estado de trans-
formación suficientemente avanzado de modo que la natura-.
leza pueda realizar su proceso de asimilación final.
10.4 Los desechos deben ser reciclados y/o convertidos en sub-
productos. Hay que recordar que la contaminación ambien-
tal surge cuando el contaminante trasciende los muros de
una propiedad perjudicando a seres inoCentes.Lo que no
sale, no origina problemas de contaminación, pero debe
impedirse que cause problemas de higiene y seguridad inter-
namente.
10.5 Los problemas no se resuelven Con el simple transiado del
contaminante de un medio a otro. Hay que examinar el cur-
so de los residuos hasta asegurarse de que finalmente no
crearán problemas..
10.6 Además de ser inocuas, las sustancias deben ser disper-
sadas inteligentemente para evitar problemas de acumulación.

ZJZ rZ€ZV
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TEL. 573-14-44
10.7 La mayor parte de los llamados contaminantes han existido sin
preocupar a nadie en el pasado pues la naturaleza los usaba y
los asimilaba antes de que su presencia ocasionara daños.
10.8 Mediante la ciencia y la tecnología, el hombre hallará siem-
pre alternativas de solución a los problemas ambientales que
en el transcurso del tiempo aparezcan.
-
10.9 En realidad, todo lo que nos rodea ha existido virtualmente
desde el origen de nuestro mundo, pero las actividades humanas
masivas hicieron que las sustancias cambiaran de lugar y de for-
ma, provocando reacciones o acumulaciones indeseables.
¡ Si pudiéramos transformar y dispersar esas sustancias
volviéndolas a la condición y el sitio que antes tenían,
terminaría el problema
ATA/k

PI
ACUMULAC iON EQUILIBRIOABATIM lENTO
o
o
o
)
Fig.3Fig.2 Fig.4
- 18 -
CADENA DE CONTAMINACION
owi SUELOI >1 AGUA
ANIMALES,
PLANTAS -_
SERES HUMANOS
F1g11
1 Lt/s
Nivel 1 h- - Nivel
4 ---- 9
-
3Lt/J
¡ 21 t/s ¡
fs 3Lt/s
Fig. 5b Fig. 5c
NIVEL DE CONTAMIWAC1ON
lLt/s
Fig. 5a

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