Aerosol

Aerosol
dispersión (es) y sustancia

N'inxeniería ambiental, denómase aerosol a un coloide de partícules sólides o líquides suspendíes nun gas. El términu aerosol refierse tanto a les partícules como al gas nel que les partícules tán suspendíes. El tamañu de les partícules puede ser dende 0,002 µm a más de 100 µm, esto ye, dende unes poques molécules hasta'l tamañu nel que diches partícules nun pueden permanecer suspendíes nel gas siquier mientres unes hores.[1]

Dientro de los procesos qu'asoceden a nivel troposféricu en contautu direutu cola vida del planeta, inclúyese la emisión de material particulado (PM, Particulate Matter^[1]). La notación PM₁₀ referir a les partícules que pasen al traviés d'un cabezal de tamañu selectivu pa un diámetru aerodinámicu de 10 μm con una eficiencia de corte del 50%, mientres por que PM_2,5 representa partícules de menos de 2,5 µm de diámetru aerodinámicu.^[2] De forma análoga pueden utilizase otros valores numbéricos.

La xeneración d'aerosoles puede ser d'orixe natural o debida a l'actividá humana. Delles partícules dar de manera natural, les cenices volcániques, les nubes de polvu, la erosión del suelu, los quemes forestales y de pacionales, y la pulverización d'agua marino. Les actividaes humanes, como la quema de combustibles y l'alteración de la superficie terrestre tamién xeneren aerosoles. En términos globales, los aerosoles artificiales xeneraos poles actividaes humanes, representen aproximao'l 10%^{[ensin referencies]} del total d'aerosoles na nuesa atmósfera.

Los aerosoles atmosféricos pueden ser aniciaos de forma natural o antropogénica. Dalgunes d'estes partícules son emitíes direutamente a l'atmósfera (emisiones primaries) y otres son emitíes como gases que por reaiciones químiques de cuayamientu o condensación ente molécules reactives formen partícules na atmósfera (emisiones secundaries). La composición de les partícules d'un aerosol depende de la fonte onde son xeneraes.

Les mayores fontes naturales son l'actividá volcánica, suelos erosionados, plantes, flores, microorganismos, la superficie de mares y océanos, les nubes de polvu y les quemes forestales y de pacionales. La pulverización d'agua marino tamién ye una gran fonte d'aerosoles anque la mayoría d'estos cayen al mar cerca d'onde fueron emitíos.

La mayor fonte d'aerosoles debida a l'actividá humana ye la quema de combustibles en motores térmicos pal tresporte y en centrales termoeléctriques pa la xeneración d'enerxía llétrica, la fundición de metales como cobre o cinc, la producción de cementu, cerámica y lladriyos, amás del polvu xeneráu nes obres de construcción y otres zones de tierra onde l'agua o la vexetación foi removida. Dalgunos de los principales componentes qu'esprenden son sulfatos, nitratos y aerosoles orgánicos.

La composición química de los aerosoles afecta direutamente a la forma en que interactúa l'atmósfera cola radiación solar y el conteníu d'agua líquido. Los componentes químicos de los aerosoles alterien l'índiz de refraición global de l'atmósfera. L'índiz de refraición determina la cantidá de lluz que ye esvalixada y la que ye absorbida.

La pulverización de l'agua marino ye considerada como la segunda fonte más importante d'aerosoles a nivel global. Les partícules procedentes de la pulverización de l'agua marino tienen la mesma composición que l'agua del mar: agua y sustancies como cloruru sódicu, sales de magnesiu, calciu, potasiu y sulfatos. Amás los aerosoles d'orixe marín pueden contener compuestos orgánicos. Estos aerosoles nun absuerben la lluz solar.

Los polvos minerales son aerosoles atmosféricos aniciaos pola erosión de la corteza terrestre y la so posterior dispersión nel aire. Tán constituyíos principalmente d'óxidos (SiO ₂, A el₂O₃, FEU, Fe₂O₃, CaO, y otros) y carbonatos (CACU₃, MgCO₃) que constitúin la corteza terrestre. Estos aerosoles absuerben la lluz solar.

Les emisiones de polvos minerales a nivel mundial envalorar en 1000-5000 millones de tonelaes per añu,^[3] de les cualos la mayor parte atribuyir a los desiertos. El desiertu d'El Sáḥara ye la principal fonte de polvu mineral, que ye esvalixáu nel mar Mediterraneu y el Caribe escontra'l norte d'América del Sur, América Central, América del Norte y Europa. El desiertu de Gobi ye otra gran fonte de polvu mineral, qu'afecta a Asia oriental y al oeste d'América del Norte.

Anque esti tipu d'aerosoles xeneralmente considérase d'orixe natural, envalórase qu'alredor del 30%^{[ensin referencies]} de la carga de polvos minerales na atmósfera podría atribuyise a les actividaes humanes al traviés de la desertificación y l'usu indebíu de tierres.

La xeneración de la materia a partir de la cual aníciense los aerosoles secundarios, pue ser d'orixe antropogénico (a partir de la combustión de combustibles fósiles) o d'orixe biogénico natural. Les partícules secundaries derivar de la reaición de los gases primarios.

• Óxidos d'azufre El

dióxidu d'azufre, alredor de la metá que llega a l'atmósfera vuelve depositase na superficie y el restu convertir n'iones sulfato; otru aerosol secundariu fórmase cuando'l dióxidu d'azufre reacciona col osíxenu na atmósfera formando trióxidu d'azufre, que depués reacciona cola agua formando ácidu sulfúrico. Dambos contaminantes secundarios contribúin a la formación de l'agua acedo. Son producíos principalmente por combustión de carbón, petroleu, la metalurxa y les actividá volcánica.

• Óxidos de nitróxenos

Tienen como aerosoles primarios a la denominación NON_x (conxuntu del óxidu nítrico y el dióxidu de nitróxenu) que s'aferruñen rápido na atmósfera, dando llugar a nitratu o acedu nítrico, son importantes na formación de smog fotoquímicu ya inflúi en reaiciones de formación y destrucción d'ozonu troposférico y estratosféricu. son procedentes de les combustiones a altes temperatures. L'óxidu nitroso na troposfera ye inerte, sume de la estratosfera en reaiciones fotoquímiques y tamién tien un efeutu ivernaderu, el so orixe son fontes naturales como procesos microbiolóxicos en suelu y océanos.^[4]

Los aerosoles de sulfatos y nitratos son fuertes dispersores de la lluz.^[5]

Merez especial atención el N₂O, que tresmite la radiación d'alta frecuencia pero reflexa la radiación de baxa frecuencia.

Los aerosoles de materia orgánico pueden ser primarios o secundarios. Los secundarios derivar de la oxidación de compuestos orgánicos volátiles (COV, o VOC del inglés Volatic Organic Compounds). El material orgánico na atmósfera puede ser d'orixe biogénico o antropogénico. Los aerosoles de materia orgánico inflúin nel comportamientu de l'atmósfera ante la radiación, dalgunos esvalixándola y otros absorbiéndola.

Otru tipu importante d'aerosol constituyir el carbonu elemental (tamién conocíu como negru de carbonu). Esti tipu d'aerosoles tienen una alta absortancia de la lluz y créese que favorecen l'efeutu ivernaderu.

El metanu (CH₄) ye'l más abondosu ya importante de los hidrocarburos atmosféricos, ye un contaminante primariu formáu de manera natural por reaición anaeróbicas del metabolismu, sume de l'atmósfera al reaccionar con radicales OH, formando principalmente ozonu, ye unu de los gases d'efeutu ivernaderu consideraos nel protocolu de Kyoto. En delles estadística estremen les emisiones de compuestos orgánicos volátiles escluyendo'l metanu como NMVOC (del inglés Non-Methane Volatile Organic Compounds).

El tamañu ye un parámetru importante pal comportamientu de les partícules, polos que les más pequeñes (de menos de 2.5 μm de diámetru) tienen periodos de vida media na atmósfera de díes a selmanes, viaxen distancies de 100 km o más y tienden a ser homoxénees n'árees urbanes, polo que sufren tresformamientos. Sicasí, les partícules grueses (d'alredor de 10 μm de diámetru)xeneralmente deposítense más rápidu, con una vida media na atmósfera de solu minutos o hores, polo que presenten mayor variabilidá espacial.^[6]

Los aerosoles, naturales y antropogénicos, pueden afectar al clima camudando la manera nel que la radiación electromagnético tresmitir a l'atmósfera. Les observaciones direutes de los efeutos de los aerosoles son bastante llindaes, polo que cualquier intentu por envalorar el so efeutu global implica necesariamente l'usu de modelos computarizados. El Panel Intergubernamental del Cambéu Climáticu, IPCC (poles sos sigles n'inglés), diz: Ente que los cambeos radiativos debíos a los gases d'efeutu ivernaderu pueden determinase con un altu grau de precisión [...] les incertidumes rellacionaes colos cambeos radiativos debíos a los aerosoles siguen siendo grandes, y dependen en gran midida de les estimaciones de los estudios de modelos mundiales, que son difíciles de verificar anguaño.^[7]

Equí Archiváu 2005-08-26 en Wayback Machine hai disponible un gráficu qu'amuesa les contribuciones (pa 2000, comparáu con 1750) y les incertidumes de dellos cambeos.

Anguaño la rede MPLNET, xestionada pola NASA, ye capaz de midir de cutio determinando la distribución d'aerosoles y nubes na atmósfera en distintes llocalizaciones. L'oxetivu escorríu ye carauterizar la evolución al llargu plazu de los aerosoles y refinar asina los modelos d'evolución del clima terrestre.

Un aerosol de sulfatu tien dos efeutos principales, unu direutu y otru indireutu. L'efeutu direutu, al traviés del albedu, tiende a esfrecer del planeta: el valor más esperáu del esforzamientu radiativo según el IPCC ye de -0.4 W/m², con un intervalu d'enfotu de -0.2 a -0.8 W/m².^[8] Sicasí, esisten incertidumes importantes.

L'efeutu varia significativamente cola llocalización xeográfica, cola mayoría del efeutu de refrigeración posiblemente asitiáu a sotaventu de los principales centros industriales. Los modelos climáticos modernos que traten de calcular l'atribución de los cambeos climáticos recién tienen d'incluyir efeutos de los sulfatos, que paecen contribuyir, siquier en parte, al llixeru descensu de la temperatura mundial na metá del sieglu XX. L'efeutu indireutu (pola aición de los aerosoles como nucleos de condensación de nubes, modificando polo tanto les propiedaes de les nubes) ye más inciertu, pero créese que ye un efeutu d'enfriamientu.

El carbonu negro ta compuestu d'agrupaciones de carbón que formen pequeñes esferes y ye unu de los tipos más importantes d'aerosoles d'absorción na atmósfera. Tien De estremase del carbonu orgánico que forma parte de les molécules orgániques. La contribución del carbonu negro procedente de combustibles fósiles foi envalorada pol IPCC nel Cuartu Informe d'Evaluación del IPCC con un esforzamientu radiativo global esperáu de +0,2 W/m² (foi +0,1 W/m² nel segundu informe d'evaluación El IPCC), con un intervalu d'enfotu de +0,1 a +0,4 W/m².

Los efeutos sobre la salú de la inhalación de partícules en suspensión fueron llargamente estudiaos n'animales y nel ser humanu. Los que se manifiesten primero son dolores pulmonares, de cabeza, malestares en gargüelu, irritación y lagrimeo de los güeyos, ente que pa esposiciones cróniques dalgunos son asma, cáncer de pulmón, problemes cardiovasculares, y muerte prematura. Los efeutos tamién tán rellacionaos a trestornos de salú como la medría de la frecuencia d'enfermedaes respiratories cróniques, amenorgamientu de la capacidá respiratoria y la medría d'enfermedaes cardiaques. El tamañu de les partícules ye unu de los principales determinantes de qu'estes entren nes víes respiratories por inhalación. Les partícules más grandes xeneralmente penerar na ñariz y nel gargüelu y nun causen problemes, pero les partícules de menos d'unos 10 micrómetros (PM₁₀) pueden instalase nos bronquios y nos pulmones y causar problemes de salú. De la mesma, les partícules de menos de 2.5 micrómetros (PM_2,5) tienden a enfusar nel d'intercambiu de gases de les rexones del pulmón, y les partícules bien pequeñes (<100 nanómetros) pueden pasar al traviés de los pulmones y afectar a otros órganos. En particular, un estudiu publicáu nel Journal of the American Medical Association (Diariu de l'Asociación Médica Americana) indica que les PM_2,5 tienden a formar depósitos nes arteries, causando inflamaciones vasculares y l'arteriosclerosis, un endurecimientu de les arteries qu'amenorga la so elasticidá, lo cual puede conducir a ataques cardiacos y otros problemes cardiovasculares^[9] Los investigadores suxeren que la esposición a altes concentraciones inclusive al curtiu plazu puede contribuyir considerablemente al desarrollu d'enfermedaes de corazón.

Tamién hai pruebes de que les partícules de tamañu inferior a 100 nanómetros pueden travesar les membranes celulares. Por casu, les partícules pueden migrar nel celebru. Suxirióse que les partícules pueden causar daños nel celebru similares a los atopaos en pacientes con Alzheimer. Les partícules emitíes polos motores modernos de gasóil (comúnmente conocida como materia particulada de diésel (Diésel Particulate Matter o DPM n'inglés) tienen comúnmente tamaños en redol a los 100 nanómetros (0,1 micrómetros). Amás, estes partícules de sarriu pueden tresportar componentes potencialmente carcinóxenos, como los benzopirenos, adsorbidos na so superficie. Cada vez ye más evidente qu'aquelles llendes llexislatives pa los motores que s'establecen en términos de masa d'emisiones nun constitúin una midida fayadiza de los peligros pa la salú. Una partícula de 10 µm de diámetru tien aproximao la mesma masa que 1 millón de partícules de 100 nm de diámetru, pero rescampla que ye muncho menos peligrosa, yá que ye pocu probable qu'ente nes víes respiratories d'un cuerpu humanu y si facer sería esaniciada rápido. Esisten propuestes de nuevos reglamentos en dellos países, con propuestes pa llindar l'área superficial de les partícules o'l númberu de partícules.

La rellación ente un mayor númberu de muertes y d'enfermedaes cola polución por partícules foi demostrada per primer vegada a principios de los años 1970^[10] y demostróse delles vegaes dende entós. Envalórase que la polución por partícules causa ente 22.000 y 52.000 muertes al añu n'Estaos Xuníos (dende 2000).^[11]

Pa conocer la rellación ente la esposición o condición y l'efeutu nel organismu esisten diversos tipos d'estudios, ente ellos los estudios toxicológicos y los estudios epidemiolóxicos.

Arreyen la evaluación de la rellación dosis-respuesta d'un organismu determináu en condiciones controlaes, exponiendolo a distintes dosis. Tienen mayor utilidá pa determinar efeutos a esposiciones agudes o efeutos causaos por esposiciones cróniques, xeneralmente realícense en llaboratorios. Atopó datos significativos ente l'asociación de la esposición a partícules indicadores d'efeutos nocivos, apurriendo información a la mortalidá y morbilidad, sicasí, nun dio les propiedaes específiques responsables de la so toxicidá, como tamañu, númberu, forma, composición o reactividá. Unu de los sos principales problemes ye qu'al llevase a cabu en llaboratorios, conócense les propiedaes de les partícules, pero nun son representatives del amiestu real a la que s'espón la población.^[12]

Enfocar a los carecimientos, causes de muerte, evalúense rellaciones ente estos eventos o lo que pudo desencadenala nun grupu de persones , polo qu'enfocada a los estudios ambientales evalúa la esposición a dalgún axente (contaminación atmosférica) y si esti acomuñóse con carecimientos o muertes prematures. Los efeutos hanse documentáu mientres más de 70 años, onde, a partir de les primeres evidencies (valle del Mosa, Bélxica en 1931, Donora, Pennsylvania, EE.XX. en 1948 y Londres, Inglaterra en 1952) resultó l'asociación ente esposiciones a partícules y la mortalidá y morbilidad cardiovascular, que desencadenó la creación y aplicación de midíes y programes de control y prevención de la contaminación.

A nivel mundial fixéronse estos estudios en dos tipos pa evaluar l'asociación ente indicadores de morbilidad y mortalidá prematura cola contaminación atmosférica, siendo'l primeru los estudios de series de tiempu, que s'utilicen pa evaluar la esposición aguda de les partícules por cuenta de la rellación ente cambeos en niveles de contaminación y fluctuaciones diaries nel númberu d'incidencia de carecimientos, almisiones hospitalaries o fallecimientos. Ente que el segundu tipu son los estudios llonxitudinales que dan siguimientu a un grupu de persones primeramente escoyíes al traviés de munchos años pa evaluar la rellación ente la esposición crónica de partícules y la incidencia d'indicadores de morbilidad o la tasa de mortalidá.^[13]

• http://earthobservatory.nasa.gov/Library/Aerosols/ earthobservatory.nasa.gov, artículu que describe la posible influyencia de los aerosoles nel clima. (n'inglés)