Partículas - también conocido como partículas atmosféricas en aerosol , la materia particulada atmosférica , la materia particulada ( PM ), o las partículas en suspensión ( SPM ) - son microscópicas partículas de sólido o líquido materia suspendida en el aire . El término aerosol se refiere comúnmente a la mezcla de partículas / aire , a diferencia de la materia en partículas sola. [3] Las fuentes de material particulado pueden ser naturales o antropogénicas . [4]Tienen impactos sobre el clima y las precipitaciones que afectan negativamente a la salud humana , además de la inhalación directa.
Los tipos de partículas atmosféricas incluyen materia particulada en suspensión; partículas torácicas y respirables; [5] partículas gruesas inhalables, denominadas PM 10 , que son partículas gruesas con un diámetro de 10 micrómetros (μm) o menos; partículas finas, denominadas PM 2,5 , con un diámetro de 2,5 μm o menos; [6] partículas ultrafinas ; y hollín .
La IARC y la OMS designan las partículas en el aire como carcinógeno del Grupo 1 . [7] Las partículas son la forma más dañina de contaminación del aire [8] debido a su capacidad para penetrar profundamente en los pulmones, el torrente sanguíneo y el cerebro, causando problemas de salud como ataques cardíacos , enfermedades respiratorias y muerte prematura . [9] En 2013, un estudio en el que participaron 312.944 personas en nueve países europeos reveló que no había un nivel seguro de partículas y que por cada aumento de 10 μg / m 3 en PM 10 , la tasa de cáncer de pulmón aumentaba un 22%. Los PM 2.5 más pequeños fueron particularmente mortales, con un aumento del 36% en el cáncer de pulmón por 10 μg / m 3, ya que puede penetrar más profundamente en los pulmones. [10] La exposición mundial a PM 2.5 contribuyó a 4.1 millones de muertes por enfermedades cardíacas y accidentes cerebrovasculares, cáncer de pulmón, enfermedades pulmonares crónicas e infecciones respiratorias en 2016. [11] En general, el material particulado ambiental se ubica como el sexto factor de riesgo principal de muerte prematura a nivel mundial. [12]
Fuentes de material particulado atmosférico
Algunas partículas se producen de forma natural y se originan en volcanes , tormentas de polvo , incendios de bosques y pastizales , vegetación viva y rocío marino . Las actividades humanas, como la quema de combustibles fósiles en vehículos, [13] la quema de rastrojos , plantas de energía , polvo de carreteras , torres de enfriamiento húmedo en sistemas de enfriamiento y varios procesos industriales, también generan cantidades significativas de partículas. La combustión de carbón en los países en desarrollo es el método principal para calentar hogares y suministrar energía. Debido a que la niebla salina sobre los océanos es la forma abrumadoramente más común de partículas en la atmósfera, los aerosoles antropogénicos , los producidos por actividades humanas, actualmente representan alrededor del 10 por ciento de la masa total de aerosoles en nuestra atmósfera. [14]
Composición
La composición y toxicidad de los aerosoles, incluidas las partículas, depende de su fuente y de la química atmosférica y varía ampliamente. El polvo mineral arrastrado por el viento [15] tiende a estar formado por óxidos minerales y otros materiales procedentes de la corteza terrestre ; esta partícula absorbe la luz . [16] La sal marina [17] se considera el segundo contribuyente más importante en el presupuesto mundial de aerosoles y consiste principalmente en cloruro de sodio procedente de la niebla del mar; otros componentes de la sal marina atmosférica reflejan la composición del agua de mar y , por lo tanto, incluyen magnesio , sulfato , calcio , potasio , etc. Además, los aerosoles del rocío marino pueden contener compuestos orgánicos que influyen en su química.
Algunas partículas secundarias se derivan de la oxidación de gases primarios como los óxidos de azufre y nitrógeno en ácido sulfúrico (líquido) y ácido nítrico (gaseoso) o de emisiones biogénicas. Los precursores de estos aerosoles, es decir los gases de los que se originan-pueden tener un origen antropogénico (de cualquier combustible fósil de combustión ) y un naturales biogénico origen. En presencia de amoníaco , los aerosoles secundarios a menudo toman la forma de sales de amonio ; es decir, sulfato de amonio y nitrato de amonio (ambos pueden estar secos o en solución acuosa ); en ausencia de amoníaco, los compuestos secundarios toman una forma ácida como ácido sulfúrico (gotitas de aerosol líquido) y ácido nítrico (gas atmosférico), todos los cuales probablemente contribuyen a los efectos sobre la salud de las partículas. [18]
Los aerosoles secundarios de sulfato y nitrato son fuertes dispersores de luz . [19] Esto se debe principalmente a que la presencia de sulfato y nitrato hace que los aerosoles aumenten a un tamaño que dispersa la luz de manera eficaz.
La materia orgánica (MO) que se encuentra en los aerosoles puede ser primaria o secundaria, la última parte derivada de la oxidación de compuestos orgánicos volátiles (COV); El material orgánico de la atmósfera puede ser biogénico o antropogénico . La materia orgánica influye en el campo de radiación atmosférica tanto por dispersión como por absorción. Se predice que algunos aerosoles incluyen material fuertemente absorbente de luz y se cree que producen un gran forzamiento radiativo positivo . Algunos aerosoles orgánicos secundarios (SOA) resultantes de los productos de combustión de los motores de combustión interna, han sido identificados como un peligro para la salud. [20] Se ha descubierto que la toxicidad de las partículas varía según la región y la contribución de la fuente, lo que afecta la composición química de las partículas.
La composición química del aerosol afecta directamente cómo interactúa con la radiación solar. Los componentes químicos dentro del aerosol cambian el índice de refracción general . El índice de refracción determinará cuánta luz se dispersa y absorbe.
La composición del material particulado que generalmente causa efectos visuales, neblina, consiste en dióxido de azufre, óxidos de nitrógeno, monóxido de carbono, polvo mineral y materia orgánica. Las partículas son higroscópicas debido a la presencia de azufre y el SO 2 se convierte en sulfato cuando hay alta humedad y bajas temperaturas. Esto provoca una visibilidad reducida y un color amarillo. [21]
Distribución de tamaño de partículas
Los mapas de colores falsos en el mapa de distribución de partículas de aerosoles en esta página muestran dónde hay aerosoles naturales, contaminación humana o una mezcla de ambos, mensualmente.
Entre los patrones más obvios que muestra la serie de tiempo de distribución de tamaño está que en las latitudes más al sur del planeta, casi todos los aerosoles son grandes, pero en las latitudes altas del norte, los aerosoles más pequeños son muy abundantes. La mayor parte del hemisferio sur está cubierta por el océano, donde la mayor fuente de aerosoles es la sal marina natural procedente del rocío marino seco. Debido a que la tierra se concentra en el hemisferio norte, la cantidad de pequeños aerosoles de incendios y actividades humanas es mayor allí que en el hemisferio sur. Por tierra, aparecen parches de aerosoles de gran radio sobre desiertos y regiones áridas, sobre todo el desierto del Sahara en el norte de África y la Península Arábiga, donde las tormentas de polvo son comunes. Los lugares donde es común la actividad de incendios provocados por humanos o naturales (incendios de limpieza de tierras en el Amazonas de agosto a octubre, por ejemplo, o incendios provocados por rayos en los bosques del norte de Canadá en el verano del hemisferio norte) están dominados por aerosoles más pequeños. La contaminación producida por humanos (combustibles fósiles) es en gran parte responsable de las áreas de pequeños aerosoles, áreas sobredesarrolladas como el este de Estados Unidos y Europa, especialmente en su verano. [22] [se necesita una mejor fuente ]
Las mediciones satelitales de aerosoles, llamadas espesor óptico de aerosoles, se basan en el hecho de que las partículas cambian la forma en que la atmósfera refleja y absorbe la luz visible e infrarroja. Como se muestra en la séptima imagen de esta página, un grosor óptico de menos de 0,1 (amarillo pálido) indica un cielo cristalino con máxima visibilidad, mientras que un valor de 1 (marrón rojizo) indica condiciones muy nebulosas. [23] [se necesita una mejor fuente ]
Procesos de deposición
En general, cuanto más pequeña y ligera es una partícula, más tiempo permanece en el aire. Las partículas más grandes (más de 10 micrómetros de diámetro) tienden a depositarse en el suelo por gravedad en cuestión de horas, mientras que las partículas más pequeñas (menos de 1 micrómetro) pueden permanecer en la atmósfera durante semanas y en su mayoría son eliminadas por precipitación . El material particulado diesel es más alto cerca de la fuente de emisión. [24] Cualquier información sobre el DPM y la atmósfera, la flora, la altura y la distancia de las principales fuentes es útil para determinar los efectos sobre la salud.
Control de tecnologías
Una mezcla complicada de partículas sólidas y líquidas da como resultado material particulado y estas emisiones de material particulado están muy reguladas en la mayoría de los países industrializados. Debido a preocupaciones ambientales , la mayoría de las industrias deben operar algún tipo de sistema de recolección de polvo para controlar las emisiones de partículas. [25] Estos sistemas incluyen colectores inerciales ( separadores ciclónicos ), colectores de filtros de tela (filtros de mangas) , filtros electrostáticos utilizados en mascarillas, [26] depuradores húmedos y precipitadores electrostáticos .
Los separadores ciclónicos son útiles para eliminar partículas grandes y gruesas y, a menudo, se emplean como primer paso o "prefiltro" para otros colectores más eficientes. Los separadores ciclónicos bien diseñados pueden ser muy eficientes para eliminar incluso las partículas finas y pueden funcionar continuamente sin requerir paradas frecuentes para mantenimiento.
Los filtros de tela o las cámaras de mangas son los más comúnmente empleados en la industria general. [27] Funcionan forzando el aire cargado de polvo a través de un filtro de tela en forma de bolsa, dejando que las partículas se acumulen en la superficie exterior de la bolsa y permitiendo que el aire ahora limpio pase a la atmósfera o en algunos casos. recirculado en la instalación. Las telas comunes incluyen poliéster y fibra de vidrio y los revestimientos de tela comunes incluyen PTFE (comúnmente conocido como teflón). El exceso de polvo acumulado se limpia de las bolsas y se retira del colector.
Los depuradores húmedos pasan el aire sucio a través de una solución depuradora (generalmente una mezcla de agua y otros compuestos) permitiendo que las partículas se adhieran a las moléculas del líquido. Los precipitadores electrostáticos cargan eléctricamente el aire sucio a su paso. El aire ahora cargado pasa a través de grandes placas electrostáticas que atraen la partícula cargada en la corriente de aire, recogiéndolas y dejando que el aire ahora limpio sea expulsado o recirculado.
Además de eliminar las partículas de la fuente de contaminación, también se puede limpiar al aire libre.
Efectos climáticos
Los aerosoles atmosféricos afectan el clima de la tierra al cambiar la cantidad de radiación solar entrante y radiación terrestre de onda larga saliente retenida en el sistema terrestre. Esto ocurre a través de varios mecanismos distintos que se dividen en efectos de aerosol directos, indirectos [28] [29] y semidirectos. Los efectos climáticos de los aerosoles son la mayor fuente de incertidumbre en las predicciones climáticas futuras. [30] El tercer informe de evaluación del Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático dice: Si bien el forzamiento radiativo debido a los gases de efecto invernadero puede determinarse con un grado de precisión razonablemente alto ... las incertidumbres relacionadas con los forzamientos radiativos de los aerosoles siguen siendo grandes y dependen de en gran parte de las estimaciones de los estudios de modelización global que son difíciles de verificar en la actualidad . [31]
Efectos radiativos de aerosoles
