MATERIAL PARTICULADO
En este documento encontrarán las principales características del material particulado que deben considerarse al estudiar la contaminación atmosférica.
AEROSOLES
Los aerosoles son dispersiones de sustancias sólidas o líquidas en el aire. Provocanproblemascomolapérdidade visibilidad, cáncer, dispersan la luz del sol, etc.Sutamañooscila entre0,1y 10 μm.
Cuando las partículas tienen este tamaño permanecen en suspensión. Si lostamañossonsuperioressedimentan.
✓ Se denomina aerosol a una mezcla heterogénea de partículas sólidas y/o líquidassuspendidas enungas.
✓ El término aerosol se refieretanto a las partículas como al gas en el que las partículasestánsuspendidas.
✓ El tamaño de las partículas puede ser desde 0,002 µm a más de 100 µm, esto es, desde unas pocas moléculashasta eltamañoenelque dichas partículas no pueden permanecer suspendidas en el gas al menos durante unashoras.
Como mencionamos anteriormente, uno de los tipos de sustancias contaminantes de mayor consideracióneselformadopor las partículas o material particulado. Se entiende por partículas cualquier sustancia, a excepción del agua pura, presente en la atmósfera en estado sólido o líquido bajo condiciones normales y cuyo tamaño se considera está comprendido entre los 0,002 µm y los 100 µm de diámetro.
El límite inferior de este rango de tamaños no está claramente definido porque no hay un criterio aceptado de cuándo un grupo de moléculas forma una partícula, sin embargo, se han llegado a medir partículas del orden de 0,002 µm de diámetro, y además es el menor tamaño detectable por los contadores de núcleos de condensación. El límite superior correspondeal tamaño delas gotasde llovizna o de arena muy fina. Este tipo de partículas no permanecen suspendidas en la atmósfera duranteperiodos de tiempodemasiadolargos.
En esencia el rango de tamaño de partículas en elqueseencuentranaquellasquepresentan un mayor interés con respecto a la física y química atmosférica es el comprendido entre0,002y 10 µm. Los términos aerosol y partícula se utilizan en general indistintamente definiéndose los aerosoles como suspensiones relativamente estables de partículas sólidas y líquidas en un gas. La diferencia pues, es la consideración añadida del medio gaseoso que contiene a las partículas. Incluso se habla a veces del aerosol atmosférico considerando a la atmósfera en su conjunto como un aerosol.
Este tipo de contaminante lleva asociados una serie de riesgos potenciales muy grandes, la magnitud de los cuales va a depender del rango de tamaños, de su composición física y química así como de su concentración y tiempo de residencia en la atmósfera. De este modo se considera que las partículas son origen de enfermedades pulmonares, que favorecen una serie de reacciones químicas en la atmósfera, que reducen la visibilidad e incrementan la posibilidad de precipitación y de formación de niebla y nubes y que reducen los niveles de radiación solar incidente terrestre, produciendoasícambiosenlatemperaturayen los ritmos biológicos de crecimiento de las plantas.
Procesos de Formación de Partículas
Las partículas se forman a través de dos mecanismos generales: subdivisiones o roturas de fragmentos mayores de materia y la aglomeración o reunión de fragmentos pequeños incluyendo moléculas. En consecuencia, pueden tener un origen primario o secundario.
Si es primario es debido a la emisión directa a la atmósfera de material particulado por actividades naturales (resuspensión de polvo, aerosol marino, actividades volcánicas) y antropogénicas (procesos industriales o urbanos, prácticas agrícolas).
Las partículas secundarias se forman en procesos de conversión de gas a partícula en la atmósfera como ocurre con los sulfatos formados a partir del dióxido de azufre SO2, los nitratos a partir de los óxidos de nitrógeno NOX y distintos compuestos orgánicos secundarios formados a partir de hidrocarburos gaseosos. Según sea el origen de los compuestos gaseosos que dan lugar a estos procesos de formación se podrá hablar de partículas secundarias naturales o antropogénicas
Así,algunas partículasse dan demanera natural,procedentes delosvolcanes, lastormentas depolvo, los incendios forestales ydepastizales,y la pulverizacióndeagua marina.
Las actividadeshumanas,como la quema de combustibles y la alteracióndelasuperficie terrestre también generan aerosoles. En términosglobales, los aerosoles artificialesgenerados porlas actividadeshumanasrepresentan aproximadamente el10%deltotal deaerosoles ennuestra atmósfera.
CLASIFICACIÓN
Enfuncióndesu origen seclasifican:
• Polvo Partículas sólidas de origen mineral, o materia sólida dispersada por el aire. Provienen de la erosión de los suelos y de la combustión del carbón. Contienen Al, Si, Fe, Ca, etc.
• Humos industriales. Partículas sólidas o líquidas debidas a la volatilización de metales seguida o no de su oxidación por el aire o condensación de vapores.
• Humos de combustión. Humos debidos a procesos de combustión, constituidos por partículas de carbono y de hidrocarburos no quemados y cenizas volantes
• Aerosoles marinos. Contienen Na y Cl. Se forma debido al arrastre de partículas de sal en la evaporación del agua del mar. Tienen una conductividad elevada por lo que favorece la corrosión en las superficies metálicas donde se deposita.
COMPOSICIÓN QUÍMICA:
La composición química de los aerosoles depende fundamentalmente de su origen:
• Cuando contienen Al, Fe, Ca ó Si, provienen de la erosión del suelo, del polvo de las rocas y de la combustión del carbón.
• Cuando tienen Na y Cl, provienen fundamentalmente de los aerosoles marinos.
• El Cl presente en forma de aerosoles puede provenir también de la incineración de polímeros organoclorados.
• Si contiene carbón en su composición, suele tener su origen en la combustión incompleta de hidrocarburos pesados.
• Si hay Se y Sb (muy volátiles), son emitidos en los procesos de combustión del petróleo, carbón, residuos industriales.
• El Zn es debido por la combustión de residuos orgánicos, residuos del petróleo.
• El Pb cada vez se emite en menor proporción. Antes se utilizaba como antidetonante en la combustión de naftas (tetraetilplomo).
• Procesos de combustión de polímeros residuales emiten yoduros.
• Partículas con W (Wolframio) provienen de la combustión de residuos del petróleo.
Algunas partículas de aerosol tienen un origen biológico, y de esta manera se dispersan virus, bacterias, esporas de bacterias y de hongos y polen.
La mayor parte de los aerosoles tienen origen orgánico y provienen de los suelos: carbonatos, óxidos metálicos y otras partículas disueltas en partículas de agua.
Los aerosoles que forman la mezcla del PM tienen diferentes tamaños asociados a su modo de formación o emisión. Se utilizan el diámetro aerodinámico de las partículas como una medida del tamaño de estas
Se distinguen:
Partículas gruesas o modo grueso: Aquellas con diámetro aerodinámico superior a 1 micra (µm). La emisión de estas partículas se produce por acciones mecánicas (erosión, combustión incompleta, triturado de materiales, erosión, etc…) por lo que son principalmente primarias
Partículas finas: Aquellas con diámetro aerodinámico inferior a 1 µm. Esta fracción tiene los siguientes modos principales:
• Modo nucleación: Tamaño menor de 20 nm (2x10-2 µm)
• Modo Aitken: Tamaño entre 20 y 100 nm
• Modo acumulación: Tamaño entre 100 y 1000 nm
Las partículas finas son principalmente de naturaleza secundaria, formadas por reacciones de gases precursores en la atmósfera.
Al margen de lo citado anteriormente, por razones de índole epidemiológicas las fracciones a controlar son:
• PTS: Partículas totales
• PM10: Partículas con diámetro aerodinámico menor de 10 µm
• PM2.5: Partículas con diámetro aerodinámico menor de 2.5 µm
• PM1: Partículas con diámetro aerodinámico menor de 1 µm
Inicialmente la legislación sobre calidad del aire establecía el control del parámetro TSP. Actualmente la legislación sólo hace referencia a niveles de PM10 y PM2.5 por su incidencia sobre la salud y el medio ambiente. Desde el ámbito científico, se plantea la posibilidad de, en un futuro añadir a la legislación niveles normativos para el parámetro PM1.
Distribución de Tamaños
EFECTOS SOBRE LA SALUD
Los principales impactos de salud pública de la contaminación del aire incluyen tasas en aumento de mortandad, incremento de costos de cuidado de la salud, disminución de la productividadyreduccióndelacalidad de vida. En adición, muchas enfermedades están asociadas con la contaminacióndelaire
Los efectos de la inhalación de partículas sobre la salud han sido ampliamenteestudiadosenanimalesy en el ser humano. Algunos de estos efectos son asma, cáncer de pulmón, problemas cardiovasculares, y muerte prematura. Eltamañodelas partículas es uno de los principales determinantes de que estas entren en las vías respiratorias por inhalación. Las partículas más grandes generalmente sefiltranenla narizy en la garganta y no causan problemas, pero las partículas de menos de unos 10 micrómetros (PM10) pueden instalarse en los bronquios y en los pulmones y causar problemas de salud.
✓ El tamaño de 10 micrómetros no representa una frontera estricta entre partículas respirables y no respirables, pero es un tamaño aceptado por la mayoría de los organismos reguladores para el seguimiento de las partículas en suspensiónenel aire.
✓ Las partículas de menos de 2,5 micrómetros (PM2,5) tienden a penetrar en el de intercambio de gases de las regiones del pulmón, y las partículas muy pequeñas (<100 nanómetros) pueden pasar a través de los pulmones y afectar a otrosórganos.
✓ Las PM2,5 tiendena formar depósitos en las arterias, causando inflamaciones vasculares y la arteriosclerosis, un endurecimientodelasarteriasquereduce su elasticidad, lo cual puede conducir a ataques cardiacos y otros problemas cardiovasculares. Los investigadores sugieren que la exposición a altas concentraciones incluso a corto plazo puede contribuir considerablemente al desarrollo deenfermedadesdecorazón
Grano de polen observado mediante microscopíaelectrónica(1µm)
También hay pruebas de que las partículas de tamaño inferior a 100 nanómetros pueden atravesar las membranas celulares, pudiendo migrar en el cerebro. Se ha sugerido que las partículas pueden causar daños en el cerebro similares a los encontrados en pacientes con Alzheimer
El tamaño de las partículas es un factor muy importante que controla la dispersión y el transporte de las partículas de polvo a través de la atmósfera y los efectos del polvo en la salud humana.
Una partícula de 10 µm de diámetro tiene aproximadamente la misma masa que 1 millón de partículas de 100 nm de diámetro, pero es evidente que es mucho menos peligrosa, ya que es poco probable que entre en las vías respiratorias de un cuerpo humano y si lo hiciera sería eliminada rápidamente.
Partícula derivada de la combustión en una Central Térmica observada mediante microscopíaelectrónica(10µm)
Las partículas emitidas por los motores modernos, comúnmente conocida como materia particulada de diésel (Diésel Particulate Matter o DPM en inglés) tienen comúnmente tamaños en torno a los 100 nanómetros (0,1 micrómetros). Estas partículas de hollín pueden transportarcomponentes potencialmente carcinógenos, como los benzopirenos, adsorbidos en su superficie. Cada vez es más evidente que aquellos límites legislativos para los motores que se establecen en términos de masa de emisiones no constituyen una medida adecuada de los peligros para la salud.
El sistema respiratorio
sistema respiratorio tiene diversas defensas en contra de la contaminación del aire, en especial de partículas grandes. Cuando una persona está respirando aire contaminado por partículas, su sistema respiratorio trabaja un poco como tamiz, de preferencia removiendo ciertas fracciones de tamaño en varias etapas La nariz está situada hacia abajo para que las partículas no se puedan establecer en las fosas nasales. Los vellos nasales atrapan las partículas grandes (similares a las fibras en los colectores de bolsa filtrante); el moco en la nariz, la boca y la garganta incrementa la eficiencia de eliminación de partículas más grandes (similar a una torre de lavado de gases). La piel también protege a los órganos internos de muchoscontaminantes. El material particulado uniforme de distintos compuestos.
En general, las partículas más pequeñas pueden viajar más profundamente hacia el sistema respiratorio. Las partículas más grandes son atrapadas en la parte superior del sistema respiratorio produciendo una nariz tapada y una garganta irritada. Las partículas finas (con diámetros menores a 10 μm) llegan hasta los alveolos, los sacos de aire en donde se lleva a cabo el intercambio de oxígeno y dióxido de carbono dentro del sistema cardiovascular. Las partículas finas se acumulan con exposición repetida, ensuciando la superficie de intercambio en los sacos alveolares, por lo que la respiración se vuelve cada vez más difícil. Es por esto por lo que las nuevas normas de la calidad del aire, llamados indicadores PM2,5, se crean enfocadas en las concentraciones ambientales y de emisión de partículas finas. Es menos claro qué riesgo se plantea por las partículas ultrafinas (aquéllas con diámetros menores a 0,1 μm). Se creía que estas partículas son tan pequeñas que tienen fuerza de impacto insuficiente como para dañar los sacos alveolares y son simplemente exhaladas. Ahora, las investigaciones sobre la salud sugieren que algunas de estas partículas pueden, de hecho, pasar con el aire a través de los alveolos, incorporarse en el torrente sanguíneo y afectar a muchos órganos.
Una de las defensas del sistema cardiovascular es la de movilizar células sanguíneas blancas para metabolizar objetos externos. Estas partículas pueden explicar la asociación entre los ataques al corazón y las concentraciones de material particulado (PM). Al considerar todas las otras variables de riesgo, se ha observado que el PM incrementado en el aire resulta en más ataques al corazón. La conexión podría ser laspartículas ultrafinas. Laevidencia preliminar sugiere que dichas partículas alteran las propiedades de la sangre (por ejemplo, su viscosidad y composición) ya sea directamente o a través del proceso del metabolismo, precipitando algunas veces en insuficiencias cardiovasculares letales.
