Aerosol

¿Qué es un aerosol?

Se conoce como «aerosol» a cada partícula sólida o líquida suspendida en el aire, ya sea de origen natural o antropogénico.

El tamaño de los aerosoles puede ir de 0,02 µm a más de 100 µm, pero, en particular, la vida terrestre está expuesta principalmente a los llamados PM10 (partículas con un tamaño inferior a 10 µm) y los PM2.5 (partículas con un tamaño inferior a 2,5 µm), que se encuentran en la troposfera.

Por otra parte, la presencia de estas partículas en la atmósfera es muy variable, con una concentración que oscila desde unos pocos µg/m³ (aire muy limpio) hasta los 1000 µg/m³ (atmósfera muy contaminada). La mayor parte de éstos se concentra en la baja troposfera (hasta los 2 kilómetros de altura), pero pueden encontrarse hasta en la estratosfera.

La presencia de aerosoles tiene implicancias en el clima global, el medio ambiente y la salud humana.

Origen y composición de aerosoles

Los aerosoles llegan a la atmósfera principalmente por causas naturales, pero también puede deber su presencia a la actividad humana.

• Aerosoles naturales: Provienen mayormente de la actividad volcánica, la pulverización del agua marina, los incendios forestales, el polvo del desierto y el polen de las plantas.
• Aerosoles antropogénicos: Se deben en gran medida a la quema de combustibles, tanto en motores para el transporte como en centrales termoeléctricas para la generación de energía. Otras fuentes posibles son la quema de biomasa, la fundición de metales, la producción de cemento, cerámica y ladrillos, y la remoción del terreno.

Algunas de estas partículas son emitidas al aire desde fuentes puntuales, mientras que otras se forman en la atmósfera gracias a diferentes procesos químicos. En el primero de los casos, los aerosoles se consideran “primarios”, y, en el segundo, “secundarios”.

Un claro ejemplo de aerosol primario es el dióxido de azufre (SO₂), que se libera a la atmósfera gracias a los procesos de combustión. Por otra parte, el ácido sulfúrico (H₂SO₄) es un buen ejemplo de aerosol secundario, dado que se origina cuando el dióxido de azufre reacciona con el vapor de agua.

La composición química de los aerosoles tiene consecuencias en la interacción de la atmósfera con la radiación solar y el agua líquida. Más específicamente, los componentes químicos de estas partículas alteran el índice de refracción de la atmósfera, es decir, modifica el porcentaje de la radiación solar que es absorbida y dispersada.

Los aerosoles también pueden clasificarse según su composición:

• Sales marinas: Provienen de la pulverización de aguas marinas, una de las fuentes de aerosoles más importantes del mundo. Estas partículas poseen la misma composición que el agua de la que proceden: cloruro sódico, sales de magnesio, calcio, potasio y sulfatos. Las sales marinas no absorben la radiación solar.
• Polvos minerales: Se deben a la erosión de la corteza terrestre y a la dispersión provocada por el viento. Estas partículas están constituidas por óxidos (SiO₂, Al₂O₃, FeO) y carbonatos (CaCO₃, MgCO₃). Los polvos minerales sí absorben la radiación solar.
• Compuestos de azufre y nitrógeno: Pueden ser tanto de origen antropogénico como de origen biogénico natural.

• Los óxidos de azufre se producen mayormente por la quema de combustibles fósiles, la metalurgia y la actividad volcánica. En particular, cuando el dióxido de azufre (SO₂) reacciona con el oxígeno, se produce la formación de trióxido de azufre (SO₃). Luego, este compuesto reacciona con el vapor de agua y forma ácido sulfúrico (H₂SO₄), un contaminante secundario que contribuye a la generación de lluvia ácida.
• Entre los aerosoles primarios compuestos de nitrógeno encontramos el monóxido de nitrógeno (NO) y el dióxido de nitrógeno (NO₂), cuyas fuentes principales son el tráfico rodado, las industrias y las calefacciones. Ambas sustancias se oxidan rápidamente en la atmósfera y producen ácido nítrico (HNO₃). Por otra parte, estos compuestos también son importantes en la formación del smog fotoquímico, ya que, mediante un proceso que involucra a la luz solar, contaminan las capas bajas de la troposfera con ozono.

• Materia orgánica: Su presencia en el aire puede tener causas naturales o antropogénicas. En esta categoría encontramos aerosoles primarios formados por metano (CH₄), carbono elemental y compuestos orgánicos volátiles. Los aerosoles secundarios de este tipo derivan de la oxidación de las sustancias mencionadas. Dentro de los aerosoles primarios, los más importantes y abundantes son los que se componen de metano, formado naturalmente por la descomposición o digestión de la materia orgánica. Es uno de los gases de efecto invernadero que más contribuye al calentamiento global. Por otra parte, el carbono elemental se forma mediante la combustión incompleta de combustibles fósiles, biomasa y biocombustibles, y también contribuye al efecto invernadero. 
• Aerosoles extraterrestres: Provienen de la desintegración de pequeños asteroides y cometas que ingresan a la atmósfera. Están compuestos principalmente de hierro, magnesio, silicio, azufre y argón.

Permanencia de las partículas en suspensión

Las partículas que logran incorporarse a la atmósfera, ya sea por causas naturales o antropogénicas, tienen un tiempo de vida en el aire. Tarde o temprano son removidas por deposición húmeda (arrastre causado por la precipitación) o por deposición seca (sedimentación sobre superficies).

Este tiempo de vida puede variar desde minutos hasta semanas en la troposfera, y llegar a ser de varios años si las partículas llegan a la estratosfera, ya que en dicha región no son tan comunes los procesos de eliminación como la condensación o precipitación. Aún así, la persistencia de los aerosoles en la atmósfera depende en gran medida de su tamaño y composición.

Las partículas más pequeñas (menores a los 0,1 micrones) tienen el menor tiempo de vida en la atmósfera, ya que tienden a unirse con otras para formar agregados de mayor tamaño. También actúan como núcleos de condensación para la formación de las nubes, por lo que su eliminación del aire resulta bastante efectiva.

Las partículas de tamaño intermedio (entre 0,1 y 1 micrón) son más difíciles de eliminar, y juegan un rol importante en la absorción y dispersión de la radiación solar.

Por último, las partículas más grandes (mayores a 1 micrón) se originan por procesos mecánicos a partir de otras más pequeñas. Estas pueden ser eliminadas por deposición seca, gracias a la acción de la gravedad.

En general, la concentración de aerosoles varía significativamente en escalas temporales y espaciales muy cortas. Además, una vez en la atmósfera, los aerosoles pueden ser transportados grandes distancias, por lo que pueden afectar a zonas muy alejadas de su fuente de origen.

Efectos radiativos de los aerosoles

Los aerosoles tienen un rol determinante en el clima de nuestro planeta, ya que su presencia en el aire modifica el balance radiativo. 

Debido a sus propiedades químicas, físicas y ópticas altamente variables, la incertidumbre del impacto que causan los aerosoles en el balance radiativo es muy superior a la de cualquier otro agente de forzamiento climático. 

La alteración del balance radiativo por parte de los aerosoles ocurre por efectos: directo, semi-directo e indirecto.

• Efecto directo

Los aerosoles modifican el flujo radiativo gracias a su capacidad de dispersar y absorber tanto la radiación solar como terrestre. La dispersión favorece un enfriamiento del sistema climático, mientras que la absorción provoca un calentamiento del mismo. El equilibrio entre estos dos efectos depende de la composición de los aerosoles y de las condiciones del ambiente.

La dispersión devuelve una fracción de la radiación solar incidente al espacio. En conjunto, las nubes, los gases y los aerosoles dispersan aproximadamente el 22% de la radiación solar. En particular, la dispersión provocada por los aerosoles tiene un mayor impacto durante las erupciones volcánicas. Cuando esto ocurre, se libera una gran cantidad de gases y partículas a la atmósfera, y la cantidad de radiación reflejada aumenta considerablemente. Esta atenuación de la radiación solar entrante provoca un enfriamiento que, por momentos, podría camuflar (en parte) el calentamiento medio global generado por los gases de efecto invernadero.

• Efecto semi-directo

El efecto semi-directo de los aerosoles tiene que ver con los cambios que provocan en la formación de nubes por medio de la absorción de la radiación solar.

Algunos de los aerosoles con mayor capacidad de absorción son el carbono elemental y el polvo en suspensión. Mientras estas partículas se calientan, la absorción de la radiación favorece el enfriamiento de la capa de aire que se encuentra por debajo, aumentando la estabilidad atmosférica y, por lo tanto, inhibiendo la formación de nubes.

• Efecto indirecto

Los efectos indirectos son aquellos cambios que los aerosoles provocan en las nubes.

Los aerosoles actúan como núcleos de condensación para la formación de nubes, alterando su microfísica y, por ende, provocando cambios en sus propiedades radiativas.

Entonces, si hay una gran presencia de aerosoles en el aire, el tamaño de las gotas de agua que forman las nubes podría verse muy alterado, ya que, para una misma cantidad de agua, existirá una mayor concentración de gotas. El resultado final será que las gotas serán de menor tamaño. En síntesis, puede decirse que una nube contaminada presenta un mayor número de gotas que una nube no contaminada, pero estas son más pequeñas.

Por otra parte, que las gotas tengan menor tamaño implica mayor reflectividad de la nube y, por tanto, un enfriamiento del sistema.

Otro efecto indirecto de los aerosoles tiene implicancia en el tiempo de vida de las nubes y los procesos termodinámicos que se producen en ellas. Las gotas más pequeñas pueden no alcanzar el peso crítico para caer a superficie, reflejándose en una disminución de la precipitación. De esta manera, se produce un aumento en el tiempo de vida media de las nubes y, por ende, de la cobertura nubosa de nuestro planeta.

A su vez, el aumento de la cobertura nubosa puede producir un enfriamiento o un calentamiento de la superficie, dependiendo del nivel donde se encuentre. Las nubes bajas reflejan la mayor parte de la radiación solar, mientras que las nubes altas dejan pasar una fracción considerable.

Además, la cobertura nubosa impide que el calor absorbido por la superficie durante el día se escape nuevamente a la atmósfera durante la noche. Por este motivo, las noches tienden a ser más cálidas si hay presencia de nubes.

Efectos sobre la salud

Las partículas suspendidas en el aire disminuyen su calidad. Se considera un tipo de contaminación, y puede causar serios problemas en la salud, incluso en concentraciones típicas de muchas ciudades.

El material particulado (PM) afecta a una mayor cantidad de personas que cualquier otro contaminante. El tamaño de las partículas tiene una relación directa con el tipo de problemas que puede causar, aunque los efectos sobre la salud se deben principalmente al grado de exposición.

Estar expuestos de manera recurrente a las PM incrementa el riesgo de que desarrollemos enfermedades cardiovasculares y respiratorias, como también cáncer de pulmón. Incluso se sabe que la esperanza de vida en ciudades con altos niveles de contaminación es menor respecto a zonas menos afectadas.

Mientras que las partículas más grandes suelen filtrarse por la nariz y la garganta sin causar problemas, las más pequeñas resultan mucho más peligrosas y requieren una mayor vigilancia. En particular, las de mayor interés para el cuidado de la salud son las partículas PM10 (tamaño inferior a 10 micrones) y, sobre todo, las PM2.5 (tamaño inferior a 2,5 micrones).

Estas partículas logran pasar a través de la nariz y la garganta, y llegar directamente a los pulmones o incluso al torrente sanguíneo. Por tal motivo, una vez inhaladas, pueden dañar tanto los pulmones como el corazón.

Entre los problemas que pueden causar este tipo de aerosoles encontramos:

• Aumento de síntomas respiratorios, como irritación de las vías respiratorias, tos y sibilancias.
• Disminución de la función pulmonar.
• Agravamiento del asma.
• Latido irregular del corazón.
• Ataques cardíacos no mortales.
• Muerte prematura en personas con problemas crónicos cardíacos o pulmonares.

Población de riesgo frente a las PM

La exposición a partículas representan un peligro principalmente para las personas con enfermedades pulmonares o cardíacas, los ancianos y los niños, sobre todo cuando se lleva a cabo una actividad física, ya que respirar más rápido y profundo puede ingresar un mayor número de partículas a los pulmones.

Entre las enfermedades cardíacas y pulmonares que más se pueden potenciar con la inhalación de partículas, encontramos la insuficiencia cardíaca congestiva, el asma y la enfermedad pulmonar obstructiva crónica (EPOC).

Las personas de edad muy avanzada suelen tener enfermedades de pulmón o de corazón sin diagnosticar, las cuales podrían agravarse bastante con la exposición a partículas.

Por último, los niños resultan el grupo más vulnerable a las PM por distintos motivos. En primer lugar, sus pulmones aún no se han desarrollado, por lo que son más propensos a tener asma u otra enfermedad respiratoria aguda. Por otra parte, pasan más tiempo en un alto nivel de actividad.

De igual manera, las personas con una exposición prolongada a estas partículas (como las que viven por muchos años en ciudades contaminadas) presentan una mayor probabilidad de sufrir una reducción de la función pulmonar, una bronquitis crónica e incluso una muerte prematura.

Recomendaciones

Si bien la exposición de la población a este tipo de contaminantes requiere la acción de autoridades locales, nacionales e internacionales, los individuos pueden seguir una serie de consejos para reducir riesgos.

El impacto de los aerosoles en las personas depende del tiempo de exposición y de la intensidad de la actividad física. Por tal motivo, es recomendable reducir el ejercicio físico en días con niveles elevados de PM. 

Por otra parte, para cuidarnos en interiores se recomienda ventilar con cierta frecuencia. 

Por último, el uso de mascarilla es una buena manera de evitar la inhalación de sustancias que pueden resultar dañinas. Por eso se recomienda utilizarlas en días y zonas con alta concentración de PM.

Legislación

Debido a los efectos nocivos en la salud y el medio ambiente, es de vital importancia llevar un control de los niveles de PM. En España, por ejemplo, se establecieron los siguientes límites:

• Para PM10, una concentración diaria de 50 µg/m³ (no pudiéndose superar más de 35 veces al año) y un valor promedio anual de 40 µg/m³.
• Para PM2.5, un valor anual de 25 µg/m³.

Estos valores responden a los límites fijados por la Unión Europea (UE). Sin embargo, la Organización Mundial de la Salud (OMS) es mucho más estricta, con unos límites anuales de 10 µg/m³ para PM2.5 y 20 µg/m³ para PM10.

No obstante, es importante aclarar que en España es común registrar niveles elevados de PM10 de origen natural, debido a intrusiones de polvo africano. Por tal motivo, la legislación actual establece un procedimiento para conocer en qué medida las partículas provienen de actividades humanas.