Aerosol

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Un aerosol es una suspensión de finas partículas sólidas o gotitas de líquido en el aire u otro gas. Los aerosoles pueden ser naturales o antropogénicos. Ejemplos de aerosoles naturales son la niebla o la neblina, el polvo, los exudados de los bosques y el vapor del géiser. Los ejemplos de aerosoles antropogénicos incluyen partículas contaminantes del aire, neblina de la descarga en represas hidroeléctricas, neblina de riego, perfume de atomizadores, humo, vapor de una tetera, pesticidas rociados y tratamientos médicos para enfermedades respiratorias. Cuando una persona inhala el contenido de un vaporizador o un cigarrillo electrónico, está inhalando un aerosol antropogénico.

Las partículas líquidas o sólidas en un aerosol tienen diámetros típicamente menores a 1 μm (las partículas más grandes con una velocidad de sedimentación significativa hacen que la mezcla sea una suspensión, pero la distinción no es clara). En una conversación general, aerosol a menudo se refiere a un sistema de distribución que entrega un producto de consumo desde una lata.

Las enfermedades se pueden propagar por medio de pequeñas gotas en el aliento, a veces llamadas bioaerosoles.

Definiciones

El aerosol se define como un sistema de suspensión de partículas sólidas o líquidas en un gas. Un aerosol incluye tanto las partículas como el gas de suspensión, que suele ser aire. Los meteorólogos generalmente se refieren a ellos como materia particulada: PM2.5 o PM10, según su tamaño. Es de suponer que Frederick G. Donnan utilizó por primera vez el término aerosol durante la Primera Guerra Mundial para describir una solución aerodinámica, nubes de partículas microscópicas en el aire. Este término se desarrolló de manera análoga al término hidrosol, un sistema coloidal con agua como medio disperso. Los aerosoles primarios contienen partículas que se introducen directamente en el gas; los aerosoles secundarios se forman a través de la conversión de gas a partículas.

Los principales grupos de aerosoles incluyen sulfatos, carbono orgánico, carbono negro, nitratos, polvo mineral y sal marina; por lo general, se agrupan para formar una mezcla compleja. Varios tipos de aerosol, clasificados según su forma física y cómo se generaron, incluyen polvo, humo, neblina, humo y niebla.

Hay varias medidas de concentración de aerosol. La ciencia ambiental y la salud ambiental a menudo usan la concentración de masa (M), definida como la masa de material particulado por unidad de volumen, en unidades como μg/m. También se usa comúnmente el número de concentración (N), el número de partículas por unidad de volumen, en unidades como número por m o número por cm.

El tamaño de las partículas tiene una gran influencia en las propiedades de las partículas, y el radio o diámetro de las partículas del aerosol (dp ₎ es una propiedad clave utilizada para caracterizar los aerosoles.

Los aerosoles varían en su dispersión. Un aerosol monodisperso, producible en el laboratorio, contiene partículas de tamaño uniforme. Sin embargo, la mayoría de los aerosoles, como sistemas coloidales polidispersos, exhiben una variedad de tamaños de partículas. Las gotas de líquido casi siempre son casi esféricas, pero los científicos usan un diámetro equivalente para caracterizar las propiedades de varias formas de partículas sólidas, algunas muy irregulares. El diámetro equivalente es el diámetro de una partícula esférica con el mismo valor de alguna propiedad física que la partícula irregular. El diámetro de volumen equivalente (d _e) se define como el diámetro de una esfera del mismo volumen que el de la partícula irregular.También se usa comúnmente el diámetro aerodinámico, d _a.

Distribución de tamaño

Para un aerosol monodisperso, un solo número, el diámetro de la partícula, es suficiente para describir el tamaño de las partículas. Sin embargo, distribuciones de tamaño de partículas más complicadas describen los tamaños de las partículas en un aerosol polidisperso. Esta distribución define las cantidades relativas de partículas, ordenadas según su tamaño.Un enfoque para definir la distribución del tamaño de las partículas utiliza una lista de los tamaños de cada partícula en una muestra. Sin embargo, este enfoque resulta tedioso de determinar en aerosoles con millones de partículas y difícil de usar. Otro enfoque divide el rango de tamaño en intervalos y encuentra el número (o proporción) de partículas en cada intervalo. Estos datos se pueden presentar en un histograma con el área de cada barra que representa la proporción de partículas en ese contenedor de tamaño, generalmente normalizado al dividir el número de partículas en un contenedor por el ancho del intervalo para que el área de cada barra sea proporcional. al número de partículas en el rango de tamaño que representa. Si el ancho de los contenedores tiende a cero, la función de frecuencia es: $mathrm{d}f = f(d_p) ,mathrm{d}d_p$

dónde $d_p$ es el diámetro de las partículas $,mathrm{d}f$ es la fracción de partículas que tienen diámetros entre $d_{p}$ y $d_{p}$ + $mathrm{d}d_p$ $f(d_p)$ es la función de frecuencia

Por lo tanto, el área bajo la curva de frecuencia entre dos tamaños a y b representa la fracción total de las partículas en ese rango de tamaño: $f_{ab}=int_a^bf(d_p) ,mathrm{d}d_p$

También se puede formular en términos de la densidad numérica total N: $dN = N(d_p) ,mathrm{d}d_p$

Suponiendo partículas de aerosol esféricas, el área de superficie del aerosol por unidad de volumen (S) viene dada por el segundo momento: ${displaystyle S=pi /2int _{0}^{infty }N(d_{p})d_{p}^{2},mathrm {d} d_{p}}$

Y el tercer momento da la concentración de volumen total (V) de las partículas: ${displaystyle V=pi /6int _{0}^{infty }N(d_{p})d_{p}^{3},mathrm {d} d_{p}}$

La distribución del tamaño de partícula se puede aproximar. La distribución normal por lo general no describe adecuadamente las distribuciones de tamaño de partículas en los aerosoles debido a la asimetría asociada con una cola larga de partículas más grandes. Además, para una cantidad que varía en un amplio rango, como lo hacen muchos tamaños de aerosoles, el ancho de la distribución implica tamaños de partículas negativos, lo que no es físicamente realista. Sin embargo, la distribución normal puede ser adecuada para algunos aerosoles, como aerosoles de prueba, ciertos granos de polen y esporas.

Una distribución logarítmica normal más ampliamente elegida da la frecuencia numérica como: ${displaystyle mathrm {d} f={frac {1}{d_{p}sigma {sqrt {2pi }}}}e^{-{frac {(ln(d_{p}) -{bar {d_{p}}})^{2}}{2sigma ^{2}}}}mathrm {d} d_{p}}$

dónde: $sigma$ es la desviación estándar de la distribución de tamaños y $bar{d_p}$ es la media aritmética del diámetro.

La distribución logarítmica normal no tiene valores negativos, puede cubrir una amplia gama de valores y se ajusta razonablemente bien a muchas distribuciones de tamaño observadas.

Otras distribuciones que a veces se usan para caracterizar el tamaño de las partículas incluyen: la distribución de Rosin-Rammler, aplicada a polvos y aerosoles de dispersión gruesa; la distribución Nukiyama-Tanasawa, para pulverizaciones de rangos de tamaño extremadamente amplios; la función de distribución de potencia, ocasionalmente aplicada a los aerosoles atmosféricos; la distribución exponencial, aplicada a materiales en polvo; y para las gotas de las nubes, la distribución Khrgian-Mazin.

Física

Velocidad terminal de una partícula en un fluido

Para valores bajos del número de Reynolds (<1), cierto para la mayoría de los movimientos de aerosoles, la ley de Stokes describe la fuerza de resistencia sobre una partícula esférica sólida en un fluido. Sin embargo, la ley de Stokes solo es válida cuando la velocidad del gas en la superficie de la partícula es cero. Sin embargo, para las partículas pequeñas (< 1 μm) que caracterizan a los aerosoles, esta suposición falla. Para dar cuenta de esta falla, se puede introducir el factor de corrección de Cunningham, siempre mayor que 1. Incluyendo este factor, se encuentra la relación entre la fuerza de resistencia sobre una partícula y su velocidad: $F_D = frac {3 pi eta V d}{C_c}$

dónde $F_{D}$ es la fuerza de resistencia sobre una partícula esférica $eta$ es la viscosidad dinámica del gas $V$ es la velocidad de la partícula $C_c$ es el factor de corrección de Cunningham.

Esto nos permite calcular la velocidad terminal de una partícula que sufre un asentamiento gravitacional en aire en calma. Despreciando los efectos de flotabilidad, encontramos: $V_{TS} = frac{rho_p d^2 g C_c}{18 eta}$

dónde $V_{TS}$ es la velocidad terminal de sedimentación de la partícula.

La velocidad terminal también se puede derivar para otros tipos de fuerzas. Si se cumple la ley de Stokes, entonces la resistencia al movimiento es directamente proporcional a la velocidad. La constante de proporcionalidad es la movilidad mecánica (B) de una partícula: ${displaystyle B={frac {V}{F_{D}}}={frac {C_{c}}{3pi eta d}}}$

Una partícula que viaja a cualquier velocidad inicial razonable se aproxima a su velocidad terminal exponencialmente con un tiempo de plegado en e igual al tiempo de relajación: $V(t) = V_{f}-(V_{f}-V_{0})e^{-frac{t}{tau}}$

dónde: $Vermont)$ es la velocidad de la partícula en el tiempo t $V_{f}$ es la velocidad final de la partícula $V_{0}$ es la velocidad inicial de la partícula

Para tener en cuenta el efecto de la forma de las partículas no esféricas, se aplica a la ley de Stokes un factor de corrección conocido como factor de forma dinámico. Se define como la relación entre la fuerza resistiva de la partícula irregular y la de una partícula esférica con el mismo volumen y velocidad: $chi = frac{F_D}{3 pi eta V d_e}$

dónde: $chi$ es el factor de forma dinámico

Diámetro aerodinámico

El diámetro aerodinámico de una partícula irregular se define como el diámetro de la partícula esférica con una densidad de 1000 kg/m y la misma velocidad de sedimentación que la partícula irregular.

Despreciando la corrección de deslizamiento, la partícula se asienta a la velocidad terminal proporcional al cuadrado del diámetro aerodinámico, d _a: $V_{TS} = frac{rho_0 d_a^2 g}{18 eta}$

dónde $rho_0$ = densidad de partículas estándar (1000 kg/m).

Esta ecuación da el diámetro aerodinámico: $d_a=d_eleft(frac{rho_p}{rho_0 chi}right)^{frac{1}{2}}$

Se puede aplicar el diámetro aerodinámico a las partículas contaminantes oa los fármacos inhalados para predecir en qué parte del tracto respiratorio se depositan dichas partículas. Las empresas farmacéuticas suelen utilizar el diámetro aerodinámico, no el diámetro geométrico, para caracterizar las partículas de los fármacos inhalables.

Dinámica

La discusión anterior se centró en partículas de aerosol individuales. Por el contrario, la dinámica de los aerosoles explica la evolución de poblaciones completas de aerosoles. Las concentraciones de partículas cambiarán con el tiempo como resultado de muchos procesos. Los procesos externos que mueven partículas fuera de un volumen de gas en estudio incluyen difusión, sedimentación gravitacional y cargas eléctricas y otras fuerzas externas que causan la migración de partículas. Un segundo conjunto de procesos internos a un volumen dado de gas incluye la formación de partículas (nucleación), la evaporación, la reacción química y la coagulación.

Una ecuación diferencial llamada Aerosol General Dynamic Equation (GDE) caracteriza la evolución de la densidad numérica de partículas en un aerosol debido a estos procesos. ${displaystyle {frac {parcial {n_{i}}}{parcial {t}}}=-nabla cdot n_{i}mathbf {q} +nabla cdot D_{p}nabla _ {i}n_{i}+left({frac {parcial {n_{i}}}{parcial {t}}}right)_{mathrm {crecimiento} }+left({ frac {parcial {n_{i}}}{parcial {t}}}right)_{mathrm {coag} }-nabla cdot mathbf {q}_{F}n_{i}}$

Cambio en el tiempo = transporte convectivo + difusión browniana + interacciones gas-partícula + coagulación + migración por fuerzas externas

Dónde: $n_{yo}$ es la densidad numérica de partículas de categoría de tamaño $i$ $mathbf {q}$ es la velocidad de la partícula $D_p$ es la difusividad de Stokes-Einstein de la partícula $mathbf{q}_F$ es la velocidad de la partícula asociada con una fuerza externa

Coagulación

A medida que las partículas y las gotitas de un aerosol chocan entre sí, pueden experimentar coalescencia o agregación. Este proceso conduce a un cambio en la distribución del tamaño de las partículas del aerosol, aumentando el diámetro de la moda a medida que disminuye el número total de partículas. En ocasiones, las partículas pueden romperse en numerosas partículas más pequeñas; sin embargo, este proceso generalmente ocurre principalmente en partículas demasiado grandes para considerarlas como aerosoles.

Regímenes dinámicos

El número de Knudsen de la partícula define tres regímenes dinámicos diferentes que gobiernan el comportamiento de un aerosol: $K_n=frac{2lambda}{d}$

donde $lambda$ es el camino libre medio del gas en suspensión y $d$ es el diámetro de la partícula. Para partículas en el régimen molecular libre, K _n >> 1; partículas pequeñas comparadas con el camino libre medio del gas en suspensión. En este régimen, las partículas interactúan con el gas en suspensión a través de una serie de colisiones "balísticas" con las moléculas de gas. Como tales, se comportan de manera similar a las moléculas de gas, tienden a seguir líneas de corriente y se difunden rápidamente a través del movimiento browniano. La ecuación de flujo de masa en el régimen molecular libre es: ${displaystyle I={frac {pi a^{2}}{k_{b}}}left({frac {P_{infty}}{T_{infty}}}-{frac { P_{A}}{T_{A}}}right)cdot C_{A}alpha }$

donde a es el radio de la partícula, P _∞ y P _A son las presiones lejos de la gota y en la superficie de la gota respectivamente, k _b es la constante de Boltzmann, T es la temperatura, C _A es la velocidad térmica media y α es la masa coeficiente de acomodación. La derivación de esta ecuación supone una presión constante y un coeficiente de difusión constante.

Las partículas están en el régimen continuo cuando K _n << 1. En este régimen, las partículas son grandes en comparación con el camino libre medio del gas en suspensión, lo que significa que el gas en suspensión actúa como un fluido continuo que fluye alrededor de la partícula. El flujo molecular en este régimen es: $I_{cont} sim frac{4 pi a M_A D_{AB}}{RT} left(P_{A infty} - P_{AS}right)$

donde a es el radio de la partícula A, M _A es la masa molecular de la partícula A, D _AB es el coeficiente de difusión entre las partículas A y B, R es la constante de gas ideal, T es la temperatura (en unidades absolutas como kelvin), y P _A∞ y P _AS son las presiones en el infinito y en la superficie respectivamente.

El régimen de transición contiene todas las partículas entre los regímenes molecular libre y continuo o K _n ≈ 1. Las fuerzas experimentadas por una partícula son una combinación compleja de interacciones con moléculas de gas individuales e interacciones macroscópicas. La ecuación semiempírica que describe el flujo de masa es: $I = I_{cont} cdot frac{1 + K_n}{1 + 1,71 K_n + 1,33 {K_n}^2}$

donde I _cont es el flujo de masa en régimen continuo. Esta fórmula se llama fórmula de interpolación de Fuchs-Sutugin. Estas ecuaciones no tienen en cuenta el efecto de liberación de calor.

Fraccionamiento

La teoría de partición de aerosoles gobierna la condensación y la evaporación desde una superficie de aerosol, respectivamente. La condensación de masa hace que aumente la moda de las distribuciones de tamaño de partícula del aerosol; por el contrario, la evaporación hace que el modo disminuya. La nucleación es el proceso de formación de masa de aerosol a partir de la condensación de un precursor gaseoso, específicamente un vapor. La condensación neta del vapor requiere sobresaturación, una presión parcial mayor que su presión de vapor. Esto puede suceder por tres razones:

Bajando la temperatura del sistema baja la presión de vapor.
Las reacciones químicas pueden aumentar la presión parcial de un gas o disminuir su presión de vapor.
La adición de vapor adicional al sistema puede reducir la presión de vapor de equilibrio de acuerdo con la ley de Raoult.

Hay dos tipos de procesos de nucleación. Los gases se condensan preferentemente en superficies de partículas de aerosol preexistentes, lo que se conoce como nucleación heterogénea. Este proceso hace que el diámetro en el modo de distribución del tamaño de partícula aumente con una concentración en número constante. Con una sobresaturación suficientemente alta y sin superficies adecuadas, las partículas pueden condensarse en ausencia de una superficie preexistente, lo que se conoce como nucleación homogénea. Esto da como resultado la adición de partículas muy pequeñas y de rápido crecimiento a la distribución del tamaño de las partículas.

Activación

El agua cubre las partículas en los aerosoles, haciéndolos activar, generalmente en el contexto de la formación de una gota de nube (como la siembra natural de nubes por los aerosoles de los árboles en un bosque). Siguiendo la ecuación de Kelvin (basada en la curvatura de las gotas de líquido), las partículas más pequeñas necesitan una humedad relativa ambiental más alta para mantener el equilibrio que las partículas más grandes. La siguiente fórmula da la humedad relativa en el equilibrio: $HR = frac{p_s}{p_0} times 100% = S times 100%$

donde $PD}$ es la presión de vapor de saturación sobre una partícula en equilibrio (alrededor de una gota de líquido curvada), p ₀ es la presión de vapor de saturación (superficie plana del mismo líquido) y S es la relación de saturación.

La ecuación de Kelvin para la presión de vapor de saturación sobre una superficie curva es: $ln{p_s sobre p_0} = frac{2 sigma M}{RT rho cdot r_p}$

donde r _p radio de la gota, σ tensión superficial de la gota, ρ densidad del líquido, M masa molar, T temperatura y R constante de gas molar.

Solución a la ecuación dinámica general

No hay soluciones generales para la ecuación dinámica general (GDE); Los métodos comunes utilizados para resolver la ecuación dinámica general incluyen:

método de momento
Método modal/seccional, y
Método de cuadratura de momentos /método de expansión de serie de Taylor de momentos, y
Método de Montecarlo.

Generación y aplicaciones

Las personas generan aerosoles para diversos fines, entre ellos:

como aerosoles de prueba para calibrar instrumentos, realizar investigaciones y probar equipos de muestreo y filtros de aire;
para entregar desodorantes, pinturas y otros productos de consumo en aerosoles;
para dispersión y aplicación agrícola
para el tratamiento médico de enfermedades respiratorias; y
en sistemas de inyección de combustible y otras tecnologías de combustión.

Algunos dispositivos para generar aerosoles son:

Aerosol
Boquilla atomizadora o nebulizador
electropulverización
Cigarrillo electrónico
Generador de aerosol de orificio vibrante (VOAG)

Estabilidad de las partículas de aerosol generadas

La estabilidad de los aglomerados de nanopartículas es fundamental para estimar la distribución del tamaño de las partículas en aerosol de nanopolvos u otras fuentes. En los lugares de trabajo de nanotecnología, los trabajadores pueden estar expuestos por inhalación a sustancias potencialmente tóxicas durante la manipulación y el procesamiento de nanomateriales. Las nanopartículas en el aire a menudo forman aglomerados debido a las fuerzas de atracción entre partículas, como la fuerza de van der Waals o la fuerza electrostática si las partículas están cargadas. Como resultado, las partículas de aerosol generalmente se observan como aglomerados en lugar de partículas individuales. Para las evaluaciones de exposición y riesgo de las nanopartículas en el aire, es importante conocer la distribución del tamaño de los aerosoles. Cuando son inhaladas por humanos, las partículas con diferentes diámetros se depositan en lugares variados del sistema respiratorio central y periférico. Se ha demostrado que las partículas a nanoescala penetran la barrera aire-sangre en los pulmones y se trasladan a órganos secundarios del cuerpo humano, como el cerebro, el corazón y el hígado. Por lo tanto, el conocimiento sobre la estabilidad de los aglomerados de nanopartículas es importante para predecir el tamaño de las partículas de aerosol, lo que ayuda a evaluar el riesgo potencial de las mismas para el cuerpo humano.

Se han establecido diferentes sistemas experimentales para probar la estabilidad de las partículas en el aire y su potencial para desaglomerarse en diversas condiciones. Un sistema completo del que se ha informado recientemente es capaz de mantener un proceso de aerosolización sólido y generar aerosoles con una concentración numérica estable y un tamaño medio a partir de nanopolvos. El potencial de desaglomeración de varios nanomateriales transportados por el aire también se puede estudiar utilizando orificios críticos. Además, se desarrolló un dispositivo de fragmentación por impacto para investigar las energías de enlace entre partículas.

Se podría prever un procedimiento estándar de prueba de desaglomeración con los desarrollos de los diferentes tipos de sistemas existentes. La probabilidad de desaglomeración de partículas de aerosol en entornos laborales puede clasificarse posiblemente para diferentes nanomateriales si se dispone de un método de referencia. Para este propósito, podría iniciarse una comparación entre laboratorios de los resultados de las pruebas de diferentes configuraciones para explorar las influencias de las características del sistema en las propiedades de los aerosoles de nanomateriales generados.

Detección

El aerosol puede medirse in situ o con técnicas de teledetección.

Observaciones in situ

Algunas técnicas de medición in situ disponibles incluyen:

Espectrómetro de masas de aerosoles (AMS)
Analizador de movilidad diferencial (DMA)
Espectrómetro de aerosol eléctrico (EAS)
Medidor de partículas aerodinámico (APS)
Clasificador aerodinámico de aerosoles (AAC)
Espectrómetro de partículas de amplio rango (WPS)
Impactador de depósito uniforme de microorificio (MOUDI)
Contador de partículas de condensación (CPC)
Epifaniómetro
Impactador eléctrico de baja presión (ELPI)
Analizador de masa de partículas de aerosol (APM)
Analizador de masa de partículas centrífugas (CPMA)

Enfoque de teledetección

Los enfoques de teledetección incluyen:

fotómetro solar
LIDAR
espectroscopia de imagen

Muestreo selectivo por tamaño

Las partículas pueden depositarse en la nariz, la boca, la faringe y la laringe (la región de las vías respiratorias de la cabeza), más profundamente en el tracto respiratorio (desde la tráquea hasta los bronquiolos terminales) o en la región alveolar. La ubicación de la deposición de partículas de aerosol dentro del sistema respiratorio determina en gran medida los efectos sobre la salud de la exposición a dichos aerosoles. Este fenómeno llevó a la gente a inventar muestreadores de aerosoles que seleccionan un subconjunto de partículas de aerosoles que llegan a ciertas partes del sistema respiratorio. Ejemplos de estos subconjuntos de la distribución del tamaño de partículas de un aerosol, importantes en la salud ocupacional, incluyen las fracciones inhalables, torácicas y respirables. La fracción que puede ingresar a cada parte del sistema respiratorio depende de la deposición de partículas en las partes superiores de las vías respiratorias.La fracción inhalable de partículas, definida como la proporción de partículas originalmente en el aire que pueden entrar por la nariz o la boca, depende de la velocidad y dirección del viento externo y de la distribución del tamaño de las partículas por diámetro aerodinámico. La fracción torácica es la proporción de las partículas en el aerosol ambiental que pueden alcanzar el tórax o la región del tórax. La fracción respirable es la proporción de partículas en el aire que pueden alcanzar la región alveolar.Para medir la fracción respirable de partículas en el aire, se utiliza un precolector con un filtro de muestreo. El precolector excluye las partículas a medida que las vías respiratorias eliminan las partículas del aire inhalado. El filtro de muestreo recoge las partículas para su medición. Es común usar la separación ciclónica para el precolector, pero otras técnicas incluyen impactadores, elutriadores horizontales y filtros de membrana de poro grande.

Dos criterios alternativos de selección de tamaño, que se utilizan a menudo en el control atmosférico, son PM ₁₀ y PM _2,5. ISO define PM _{10 como}partículas que pasan a través de una entrada de tamaño selectivo con un límite de eficiencia del 50 % a un diámetro aerodinámico de 10 μm y PM _2,5 como partículas que pasan a través de una entrada de tamaño selectivo con un límite de eficiencia del 50 % a 2,5 μm de diámetro aerodinámico. PM ₁₀ corresponde a la "convención torácica" como se define en ISO 7708:1995, cláusula 6; PM _2.5 corresponde a la "convención respirable de alto riesgo" como se define en ISO 7708:1995, 7.1.La Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos reemplazó los estándares más antiguos para material particulado basado en partículas suspendidas totales con otro estándar basado en PM ₁₀ en 1987 y luego introdujo estándares para PM _2.5 (también conocido como material particulado fino) en 1997.

Atmosférico

Varios tipos de aerosoles atmosféricos tienen un efecto significativo en el clima de la Tierra: volcánicos, polvo del desierto, sal marina, los que se originan en fuentes biogénicas y los creados por el hombre. Los aerosoles volcánicos se forman en la estratosfera después de una erupción como gotas de ácido sulfúrico que pueden prevalecer hasta por dos años y reflejan la luz solar, lo que reduce la temperatura. El polvo del desierto, las partículas minerales arrastradas a gran altura, absorben el calor y pueden ser responsables de inhibir la formación de nubes de tormenta. Los aerosoles de sulfato hechos por el hombre, principalmente de la quema de petróleo y carbón, afectan el comportamiento de las nubes.

Aunque todos los hidrometeoros, sólidos y líquidos, pueden describirse como aerosoles, normalmente se hace una distinción entre tales dispersiones (es decir, nubes) que contienen gotas y cristales activados y partículas de aerosol. La atmósfera de la Tierra contiene aerosoles de varios tipos y concentraciones, incluidas cantidades de:

materiales inorgánicos naturales: polvo fino, sal marina o gotas de agua
materiales orgánicos naturales: humo, polen, esporas o bacterias
productos antropogénicos de la combustión tales como: humo, cenizas o polvos

Los aerosoles se pueden encontrar en los ecosistemas urbanos en varias formas, por ejemplo:

Polvo
Humo de cigarro
Niebla de latas de aerosol
Hollín o humos en el escape del automóvil

La presencia de aerosoles en la atmósfera terrestre puede influir en su clima, así como en la salud humana.

Efectos

Las erupciones volcánicas liberan grandes cantidades de ácido sulfúrico, sulfuro de hidrógeno y ácido clorhídrico a la atmósfera. Estos gases representan aerosoles y finalmente regresan a la tierra como lluvia ácida, lo que tiene una serie de efectos adversos sobre el medio ambiente y la vida humana.
Los aerosoles interactúan con el balance energético de la Tierra de dos maneras, directa e indirectamente.

Por ejemplo, un efecto directo es que los aerosoles se dispersan y absorben la radiación solar entrante. Esto conducirá principalmente a un enfriamiento de la superficie (la radiación solar se dispersa de regreso al espacio), pero también puede contribuir al calentamiento de la superficie (causado por la absorción de la energía solar entrante). Este será un elemento adicional al efecto invernadero y por lo tanto contribuirá al cambio climático global.Los efectos indirectos se refieren a que los aerosoles interfieren con formaciones que interactúan directamente con la radiación. Por ejemplo, pueden modificar el tamaño de las partículas de las nubes en la atmósfera inferior, cambiando así la forma en que las nubes reflejan y absorben la luz y, por lo tanto, modificando el presupuesto energético de la Tierra.Hay evidencia que sugiere que los aerosoles antropogénicos en realidad compensan los efectos de los gases de efecto invernadero en algunas áreas, razón por la cual el hemisferio norte muestra un calentamiento de la superficie más lento que el hemisferio sur, aunque eso solo significa que el hemisferio norte absorberá el calor más tarde a través de las corrientes oceánicas. trayendo aguas más cálidas del Sur. Sin embargo, a escala global, el enfriamiento por aerosol disminuye el calentamiento inducido por los gases de efecto invernadero sin compensarlo por completo.

Cuando los aerosoles absorben contaminantes, facilitan la deposición de contaminantes en la superficie de la tierra, así como en los cuerpos de agua. Esto tiene el potencial de ser perjudicial tanto para el medio ambiente como para la salud humana.
Los aerosoles en el rango de 20 μm muestran un tiempo de persistencia particularmente largo en habitaciones con aire acondicionado debido a su comportamiento de "piloto de chorro" (se mueven con chorros de aire, caen gravitacionalmente en aire que se mueve lentamente); Dado que este tamaño de aerosol se adsorbe de manera más efectiva en la nariz humana, el sitio de infección primordial en COVID-19, dichos aerosoles pueden contribuir a la pandemia.
Las partículas de aerosol con un diámetro efectivo inferior a 10 μm pueden ingresar a los bronquios, mientras que las que tienen un diámetro efectivo inferior a 2,5 μm pueden ingresar hasta la región de intercambio de gases en los pulmones, lo que puede ser peligroso para la salud humana.

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