Partículas en suspensión

Las partículas en suspensión, también conocidas como partículas de aerosoles atmosféricos, material particulado atmosférico, material particulado o material particulado suspendido, son partículas microscópicas de materia sólida o líquida suspendidas en el aire. El término aerosol comúnmente se refiere a la mezcla de aire/partículas, a diferencia de las partículas solas. Las fuentes de material particulado pueden ser naturales o antropogénicas. Tienen impactos en el clima y las precipitaciones que afectan negativamente a la salud humana, además de la inhalación directa.

Los tipos de partículas atmosféricas incluyen material particulado en suspensión; partículas torácicas y respirables; 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; partículas ultrafinas, con un diámetro de 100 nm o menos; y hollín

La IARC y la OMS designan las partículas en el aire como carcinógenos del Grupo 1. Las partículas son la forma más dañina (aparte de las ultrafinas) de contaminación del aire debido a su capacidad para penetrar profundamente en los pulmones, el torrente sanguíneo y el cerebro, causando problemas de salud, incluidos ataques cardíacos, enfermedades respiratorias y muerte prematura. En 2013, un estudio en el que participaron 312.944 personas de nueve países europeos reveló que no había un nivel seguro de partículas y que por cada aumento de 10 μg/m en PM ₁₀, la tasa de cáncer de pulmón aumentaba un 22 % (95 % IC [1,03–1,45 ]). Las PM _2.5 más pequeñas, que pueden penetrar más profundamente en los pulmones, se asociaron con un aumento del 18 % en cáncer de pulmón por cada 5 μg/m; sin embargo, este estudio no mostró significación estadística para esta asociación (IC del 95 % [0,96–1,46]) La exposición mundial a PM _2,5 contribuyó a 4,1 millones de muertes por enfermedad cardíaca y accidente cerebrovascular, cáncer de pulmón, enfermedad pulmonar crónica e infecciones respiratorias en 2016 En general, las partículas ambientales se clasifican como el sexto factor de riesgo principal de muerte prematura a nivel mundial.

Fuentes atmosféricas

Algunas partículas se producen de forma natural y se originan en volcanes, tormentas de polvo, incendios de bosques y praderas, vegetación viva y rocío marino. Las actividades humanas, como la quema de combustibles fósiles y biomasa, incluida la madera y los rastrojos, las centrales eléctricas, el polvo de las carreteras de los neumáticos y el desgaste de las carreteras, las torres de refrigeración húmedas en los sistemas de refrigeración y varios procesos industriales, también generan cantidades significativas de partículas. La combustión de carbón en los países en desarrollo es el principal método para calentar hogares y suministrar energía. Debido a que el rocío de sal sobre los océanos es la forma abrumadoramente más común de partículas en la atmósfera, los aerosoles antropogénicos, los producidos por las actividades humanas, actualmente representan alrededor del 10 por ciento de la masa total de aerosoles en nuestra atmósfera.

Combustión doméstica y humo de leña

En el Reino Unido, la combustión doméstica es la mayor fuente individual de PM2,5 al año. En algunos pueblos y ciudades de Nueva Gales del Sur, el humo de la leña puede ser responsable del 60 % de la contaminación del aire por partículas finas en el invierno.

Composición

La composición y toxicidad de los aerosoles, incluidas las partículas, depende de su fuente y la química atmosférica y varía ampliamente. El polvo mineral arrastrado por el viento tiende a estar formado por óxidos minerales y otros materiales arrastrados desde la corteza terrestre; esta partícula absorbe la luz. La sal marina se considera el segundo mayor contribuyente en el presupuesto global de aerosoles y se compone principalmente de cloruro de sodio procedente del rocío marino; 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 marinos 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 la combustión de cualquier combustible fósil) y un origen biogénico natural. En presencia de amoníaco, los aerosoles secundarios suelen adoptar 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 (gotas de aerosol líquido) y ácido nítrico (gas atmosférico), todos los cuales probablemente contribuyen a los efectos de las partículas en la salud.

Los aerosoles secundarios de sulfato y nitrato son fuertes dispersores de luz. Esto se debe principalmente a que la presencia de sulfato y nitrato hace que los aerosoles aumenten hasta un tamaño que dispersa la luz de manera efectiva.

La materia orgánica (MO) que se encuentra en los aerosoles puede ser primaria o secundaria, esta última parte derivada de la oxidación de compuestos orgánicos volátiles (COV); el material orgánico en 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 incluirán material fuertemente absorbente de luz y se cree que producen un gran forzamiento radiativo positivo. Algunos aerosoles orgánicos secundarios (SOAs) resultantes de los productos de combustión de los motores de combustión interna, han sido identificados como un peligro para la salud. Se ha encontrado 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 se 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.

Distribución de tamaño

Los mapas en falso color del mapa de distribución de partículas de aerosol de esta página muestran dónde hay aerosoles naturales, contaminación humana o una mezcla de ambos, mensualmente.

Entre los patrones más obvios que muestra la serie temporal 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 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. En tierra, aparecen parches de aerosoles de gran radio sobre los desiertos y las regiones áridas, sobre todo, el desierto del Sahara en el norte de África y la Península Arábiga, donde las tormentas de polvo son comunes. Lugares donde la actividad de incendios provocados por humanos o naturales es común (incendios que despejan la tierra 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 el hombre (combustibles fósiles) es en gran parte responsable de las áreas sobredesarrolladas de pequeños aerosoles, como el este de los Estados Unidos y Europa, especialmente en su verano.

Las mediciones satelitales de aerosoles, llamadas espesores ópticos 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 espesor óptico de menos de 0,1 (amarillo más pálido) indica un cielo despejado con máxima visibilidad, mientras que un valor de 1 (marrón rojizo) indica condiciones de mucha neblina.

Procesos de deposición

En general, cuanto más pequeña y ligera sea una partícula, más tiempo permanecerá 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 la precipitación. El material particulado de diesel es más alto cerca de la fuente de emisión. Cualquier información sobre DPM y la atmósfera, la flora, la altura y la distancia de las principales fuentes es útil para determinar los efectos sobre la salud.

Tecnologías de control

Una mezcla complicada de partículas sólidas y líquidas da como resultado material particulado y estas emisiones de material particulado están altamente 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. Estos sistemas incluyen colectores inerciales (separadores ciclónicos), colectores de filtro de tela (casas de bolsas), filtros electrostáticos utilizados en mascarillas, depuradores húmedos y precipitadores electrostáticos.

Los separadores ciclónicos son útiles para eliminar partículas grandes y gruesas y, a menudo, se emplean como un primer paso o "prefiltro" para otros colectores más eficientes. Los separadores ciclónicos bien diseñados pueden ser muy eficientes en la eliminación incluso de partículas finas y pueden funcionar de forma continua sin necesidad de paradas frecuentes para el mantenimiento.

Los filtros de tela o cámaras de filtros son los más empleados en la industria en general. 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 través de él para ser expulsado a la atmósfera o, en algunos casos, recirculado hacia el instalaciones. Las telas comunes incluyen poliéster y fibra de vidrio y los revestimientos de telas comunes incluyen PTFE (comúnmente conocido como teflón). Luego, 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 de depuración (normalmente una mezcla de agua y otros compuestos) que permite que las partículas se adhieran a las moléculas del líquido. Los precipitadores electrostáticos cargan eléctricamente el aire sucio a medida que pasa. El aire ahora cargado pasa luego a través de grandes placas electrostáticas que atraen las partículas cargadas en la corriente de aire recogiéndolas y dejando que el aire ahora limpio se escape o recircule.

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 la radiación de onda larga terrestre saliente retenida en el sistema terrestre. Esto ocurre a través de varios mecanismos distintos que se dividen en efectos de aerosol directos, indirectos y semidirectos. Los efectos climáticos de los aerosoles son la mayor fuente de incertidumbre en las predicciones climáticas futuras. El Panel Intergubernamental sobre Cambio Climático, Tercer Informe de Evaluación, dice: Si bien el forzamiento radiativo debido a los gases de efecto invernadero puede determinarse con un grado razonablemente alto de precisión... las incertidumbres relacionadas con los forzamientos radiativos de los aerosoles siguen siendo grandes y dependen en gran medida en las estimaciones de los estudios de modelado global que son difíciles de verificar en la actualidad.

Aerosoles radiativos

Directo

El efecto directo del aerosol consiste en cualquier interacción directa de la radiación con los aerosoles atmosféricos, como la absorción o la dispersión. Afecta a la radiación de onda corta y larga para producir un forzamiento radiativo negativo neto. La magnitud del forzamiento radiativo resultante debido al efecto directo de un aerosol depende del albedo de la superficie subyacente, ya que afecta la cantidad neta de radiación absorbida o dispersada al espacio. por ejemplo, si un aerosol altamente dispersor está sobre una superficie de bajo albedo, tiene un mayor forzamiento radiativo que si estuviera sobre una superficie de alto albedo. Lo contrario es cierto para el aerosol absorbente, con el mayor forzamiento radiativo que surge de un aerosol altamente absorbente sobre una superficie de alto albedo.El efecto directo del aerosol es un efecto de primer orden y, por lo tanto, el IPCC lo clasifica como un forzamiento radiativo. La interacción de un aerosol con la radiación se cuantifica mediante el albedo de dispersión simple (SSA), la relación entre la dispersión sola y la dispersión más la absorción (extinción) de la radiación por parte de una partícula. La SSA tiende a la unidad si domina la dispersión, con una absorción relativamente pequeña, y disminuye a medida que aumenta la absorción, convirtiéndose en cero para una absorción infinita. Por ejemplo, el aerosol de sal marina tiene un SSA de 1, ya que una partícula de sal marina solo se dispersa, mientras que el hollín tiene un SSA de 0,23, lo que demuestra que es un importante absorbente de aerosoles atmosféricos.

Indirecto

El efecto de aerosol indirecto consiste en cualquier cambio en el presupuesto radiativo de la tierra debido a la modificación de las nubes por los aerosoles atmosféricos y consta de varios efectos distintos. Las gotas de las nubes se forman en partículas de aerosol preexistentes, conocidas como núcleos de condensación de nubes (NCC). Las gotas que se condensan alrededor de los aerosoles producidos por el hombre, como las que se encuentran en la contaminación por partículas, tienden a ser más pequeñas y más numerosas que las que se forman alrededor de las partículas de aerosol de origen natural (como el polvo arrastrado por el viento).

Para cualquier condición meteorológica dada, un aumento en CCN conduce a un aumento en el número de gotas de nubes. Esto conduce a una mayor dispersión de la radiación de onda corta, es decir, un aumento en el albedo de la nube, conocido como efecto de albedo de la nube, primer efecto indirecto o efecto Twomey. Se han observado pruebas que respaldan el efecto del albedo de las nubes a partir de los efectos de las columnas de escape de los barcos y la quema de biomasa en el albedo de las nubes en comparación con las nubes ambientales. El efecto de aerosol del albedo de las nubes es un efecto de primer orden y, por lo tanto, el IPCC lo clasifica como un forzamiento radiativo.

Un aumento en el número de gotas de las nubes debido a la introducción de aerosoles actúa para reducir el tamaño de las gotas de las nubes, ya que la misma cantidad de agua se divide en más gotas. Esto tiene el efecto de suprimir la precipitación, aumentando la vida útil de las nubes, lo que se conoce como efecto aerosol de la vida útil de las nubes, segundo efecto indirecto o efecto Albrecht. Esto se ha observado como la supresión de la llovizna en el penacho de escape de los barcos en comparación con las nubes ambientales, y la inhibición de la precipitación en los penachos de quema de biomasa. El IPCC clasifica este efecto de la vida útil de las nubes como una retroalimentación climática (en lugar de un forzamiento radiativo) debido a la interdependencia entre este y el ciclo hidrológico. Sin embargo, anteriormente se ha clasificado como un forzamiento radiativo negativo.

Semidirecto

El efecto semidirecto se refiere a cualquier efecto radiativo causado por la absorción de aerosoles atmosféricos, como el hollín, además de la dispersión y absorción directa, que se clasifica como efecto directo. Abarca muchos mecanismos individuales y, en general, está menos definido y comprendido que los efectos directos e indirectos de los aerosoles. Por ejemplo, si los aerosoles absorbentes están presentes en una capa superior de la atmósfera, pueden calentar el aire circundante, lo que inhibe la condensación del vapor de agua, lo que da como resultado una menor formación de nubes. Además, calentar una capa de la atmósfera en relación con la superficie da como resultado una atmósfera más estable debido a la inhibición de la convección atmosférica. Esto inhibe el levantamiento convectivo de la humedad,que a su vez reduce la formación de nubes. El calentamiento de la atmósfera en altura también conduce a un enfriamiento de la superficie, lo que resulta en una menor evaporación del agua superficial. Todos los efectos descritos aquí conducen a una reducción de la cobertura de nubes, es decir, a un aumento del albedo planetario. El efecto semidirecto clasificado como retroalimentación climática) por el IPCC debido a la interdependencia entre éste y el ciclo hidrológico. Sin embargo, anteriormente se ha clasificado como un forzamiento radiativo negativo.

Roles específicos de aerosoles

Sulfato

El aerosol de sulfato tiene dos efectos principales, directos e indirectos. El efecto directo, a través del albedo, es un efecto de enfriamiento que ralentiza la tasa general de calentamiento global: la mejor estimación del forzamiento radiativo del IPCC es de −0,4 vatios por metro cuadrado con un rango de −0,2 a −0,8 W/m.Sin embargo, hay incertidumbres sustanciales. El efecto varía mucho geográficamente, y se cree que la mayor parte del enfriamiento se produce en los principales centros industriales y a favor del viento. Los modelos climáticos modernos que abordan la atribución del cambio climático reciente tienen en cuenta el forzamiento de sulfatos, que parece explicar (al menos en parte) la ligera caída de la temperatura global a mediados del siglo XX. El efecto indirecto a través del aerosol que actúa como núcleo de condensación de nubes (CCN) y, por lo tanto, modifica las propiedades de las nubes (albedo y tiempo de vida) es más incierto, pero se cree que se está enfriando.

Carbono negro

El carbón negro (BC), o negro de humo, o carbón elemental (EC), a menudo llamado hollín, está compuesto de cúmulos de carbono puro, bolas de esqueleto y fullerenos, y es una de las especies de aerosoles absorbentes más importantes en la atmósfera. Debe distinguirse del carbono orgánico (CO): moléculas orgánicas agrupadas o agregadas por sí mismas o que impregnan una bola de bucky EC. El IPCC estima que el carbono negro de los combustibles fósiles en el Cuarto Informe de Evaluación del IPCC, 4AR, contribuye con un forzamiento radiativo medio global de +0,2 W/m (era +0,1 W/m en el Segundo Informe de Evaluación del IPCC, SAR), con un rango de +0,1 a +0,4 W/m. Sin embargo, un estudio publicado en 2013 afirma que "la mejor estimación para la era industrial (1750 a 2005) forzamiento radiativo directo del carbono negro atmosférico es de +0,71 W/mcon límites de incertidumbre del 90% de (+0,08, +1,27) W/m " con "forzamiento directo total por fuentes de carbono completamente negro, sin restar el fondo preindustrial, se estima en +0,88 (+0,17, +1,48) W/m ".

Instancias

Los volcanes son una gran fuente natural de aerosoles y se han relacionado con los cambios en el clima de la tierra, a menudo con consecuencias para la población humana. Las erupciones vinculadas a los cambios en el clima incluyen la erupción del Huaynaputina en 1600, que estuvo vinculada a la hambruna rusa de 1601 - 1603, que provocó la muerte de dos millones, y la erupción del Monte Pinatubo en 1991, que provocó un enfriamiento global de aproximadamente 0,5 °C que duró varios años. Las investigaciones que rastrean el efecto de los aerosoles que dispersan la luz en la estratosfera durante 2000 y 2010 y comparan su patrón con la actividad volcánica muestran una estrecha correlación. Las simulaciones del efecto de las partículas antropogénicas mostraron poca influencia en los niveles actuales.

También se cree que los aerosoles afectan el tiempo y el clima a escala regional. El fracaso del monzón indio se ha relacionado con la supresión de la evaporación del agua del Océano Índico debido al efecto semidirecto del aerosol antropogénico.

Estudios recientes sobre la sequía del Sahel y los grandes aumentos de lluvia en Australia desde 1967 sobre el Territorio del Norte, Kimberley, Pilbara y alrededor de la llanura de Nullarbor han llevado a algunos científicos a concluir que la neblina de aerosol sobre el sur y el este de Asia ha ido desplazando constantemente la lluvia tropical en ambos hemisferios hacia el sur.

Efectos en la salud

El tamaño, la forma y la solubilidad importan

El tamaño de la partícula es el principal determinante de en qué lugar del tracto respiratorio se detendrá la partícula cuando se inhale. Las partículas más grandes generalmente se filtran en la nariz y la garganta a través de los cilios y la mucosidad, pero las partículas de menos de 10 micrómetros pueden asentarse en los bronquios y los pulmones y causar problemas de salud. El tamaño de 10 micrómetros no representa un límite estricto entre partículas respirables y no respirables, pero la mayoría de las agencias reguladoras lo han acordado para el monitoreo de partículas en el aire. Debido a su pequeño tamaño, las partículas del orden de 10 micrómetros o menos (partículas gruesas, PM ₁₀) pueden penetrar en la parte más profunda de los pulmones, como los bronquiolos o los alvéolos.Cuando los asmáticos están expuestos a estas condiciones, pueden desencadenar broncoconstricción.

Del mismo modo, las denominadas partículas finas (PM _2,5) tienden a penetrar en las regiones de intercambio de gases del pulmón (alvéolo), y partículas muy pequeñas (partículas ultrafinas, PM _0,1) pueden pasar a través de los pulmones y afectar a otros órganos. La penetración de partículas no depende totalmente de su tamaño; la forma y la composición química también juegan un papel. Para evitar esta complicación, se utiliza una nomenclatura simple para indicar los diferentes grados de penetración relativa de una partícula PM en el sistema cardiovascular. Las partículas inhalables no penetran más allá de los bronquios ya que son filtradas por los cilios. partículas torácicaspueden penetrar directamente en los bronquiolos terminales, mientras que las PM _0.1, que pueden penetrar en los alvéolos, el área de intercambio de gases y, por lo tanto, el sistema circulatorio se denominan partículas respirables.

En analogía, la fracción de polvo inhalable es la fracción de polvo que ingresa por la nariz y la boca y que puede depositarse en cualquier parte del tracto respiratorio. La fracción torácica es la fracción que ingresa al tórax y se deposita dentro de las vías respiratorias del pulmón. La fracción respirable es la que se deposita en las regiones de intercambio gaseoso (alvéolos).

Las partículas más pequeñas, de menos de 100 nanómetros (nanopartículas), pueden ser aún más dañinas para el sistema cardiovascular.Las nanopartículas pueden atravesar las membranas celulares y migrar a otros órganos, incluido el cerebro. Las partículas emitidas por los motores diésel modernos (comúnmente denominadas materia particulada diésel o DPM) suelen tener un tamaño de 100 nanómetros (0,1 micrómetros). Estas partículas de hollín también transportan carcinógenos como los benzopirenos adsorbidos en su superficie. La masa de partículas no es una medida adecuada del peligro para la salud, porque una partícula de 10 μm de diámetro tiene aproximadamente la misma masa que 1 millón de partículas de 100 nm de diámetro, pero es mucho menos peligrosa, ya que es poco probable que entre en los alvéolos. Por lo tanto, los límites legislativos para las emisiones de los motores basados ​​en la masa no son protectores. Existen propuestas de nuevas regulaciones en algunos países, con sugerencias para limitar el área de superficie de partículas o larecuento de partículas (cantidad numérica) en su lugar.

El sitio y el grado de absorción de los gases y vapores inhalados están determinados por su solubilidad en agua. La absorción también depende de las tasas de flujo de aire y de la presión parcial de los gases en el aire inspirado. El destino de un contaminante específico depende de la forma en que existe (aerosol o partículas). La inhalación también depende de la frecuencia respiratoria del sujeto.

Otra complejidad no completamente documentada es cómo la forma de PM puede afectar la salud, a excepción de la forma de aguja de las fibras de asbesto que pueden alojarse en los pulmones. Las formas geométricamente angulares tienen más superficie que las formas más redondas, lo que a su vez afecta la capacidad de unión de la partícula a otras sustancias posiblemente más peligrosas.

Problemas de salud

Los efectos de la inhalación de partículas que se han estudiado ampliamente en humanos y animales incluyen asma, cáncer de pulmón, enfermedades respiratorias, enfermedades cardiovasculares, parto prematuro, defectos de nacimiento, bajo peso al nacer, trastornos del desarrollo, trastornos neurodegenerativos, trastornos mentales y muerte prematura. Las partículas finas al aire libre con un diámetro inferior a 2,5 micrones representan 4,2 millones de muertes anuales en todo el mundo y más de 103 millones de años de vida ajustados por discapacidad perdidos, lo que lo convierte en el quinto factor de riesgo de muerte. La contaminación del aire también se ha relacionado con una variedad de otros problemas psicosociales.Las partículas pueden causar daños en los tejidos al entrar en los órganos directamente o indirectamente por la inflamación sistémica. Los impactos adversos pueden obtenerse incluso a niveles de exposición inferiores a los estándares de calidad del aire publicados que se consideran seguros.

Partículas finas antropogénicas como principal peligro

El aumento de los niveles de partículas finas en el aire como resultado de la contaminación del aire por partículas antropogénicas "está relacionado de manera consistente e independiente con los efectos más graves, incluido el cáncer de pulmón y otras muertes cardiopulmonares". La asociación entre un gran número de muertes y otros problemas de salud y la contaminación por partículas se demostró por primera vez a principios de la década de 1970 y se ha reproducido muchas veces desde entonces. Se estima que la contaminación por PM causa entre 22 000 y 52 000 muertes por año en los Estados Unidos (desde 2000) y contribuyó a ~370 000 muertes prematuras en Europa durante 2005 y 3,22 millones de muertes en todo el mundo en 2010 según la carga global de la colaboración de enfermedades.Un estudio de la Agencia Europea de Medio Ambiente estima que 307.000 personas han muerto prematuramente en 2019 debido a la contaminación por partículas finas en los 27 estados miembros de la UE.

Un estudio realizado en 2000 en los EE. UU. exploró cómo las partículas finas pueden ser más dañinas que las partículas gruesas. El estudio se basó en seis ciudades diferentes. Descubrieron que las muertes y las visitas al hospital causadas por partículas en el aire se debieron principalmente a partículas finas. De manera similar, un estudio de 1987 de los datos de contaminación del aire en Estados Unidos encontró que las partículas finas y los sulfatos, a diferencia de las partículas más gruesas, se correlacionaron de manera más consistente y significativa con las tasas de mortalidad anual total en áreas estadísticas metropolitanas estándar.

Embarazo, fetos y efectos del parto

Las tasas más altas de infertilidad se han correlacionado con la exposición a partículas.

Además, la inhalación de PM _2.5 – PM ₁₀ está asociada con un riesgo elevado de resultados adversos en el embarazo, como bajo peso al nacer. La exposición materna a PM _2.5 durante el embarazo también se asocia con presión arterial alta en los niños. La exposición a PM _2.5 se ha asociado con mayores reducciones en el peso al nacer que la exposición a PM ₁₀. La exposición a PM puede causar inflamación, estrés oxidativo, alteración endocrina y deterioro del acceso al transporte de oxígeno a la placenta, todos los cuales son mecanismos para aumentar el riesgo de bajo peso al nacer.La evidencia epidemiológica y toxicológica general sugiere que existe una relación causal entre las exposiciones a largo plazo a PM _2.5 y los resultados del desarrollo (es decir, bajo peso al nacer). Sin embargo, los estudios que investigan la importancia de la exposición específica del trimestre no han sido concluyentes, y los resultados de los estudios internacionales no han sido consistentes en establecer asociaciones entre la exposición prenatal a partículas y el bajo peso al nacer. Dado que los resultados perinatales se han asociado con la salud de por vida y la exposición a partículas es generalizada, este tema es de importancia crítica para la salud pública y será esencial realizar investigaciones adicionales para informar las políticas públicas sobre el tema.

Enfermedad cardiovascular y respiratoria

Un estudio de 2002 indicó que PM _2.5 conduce a grandes depósitos de placa en las arterias, lo que provoca inflamación vascular y aterosclerosis, un endurecimiento de las arterias que reduce la elasticidad, lo que puede provocar ataques cardíacos y otros problemas cardiovasculares. Un metanálisis de 2014 informó que la exposición a largo plazo a partículas está relacionada con eventos coronarios. El estudio incluyó 11 cohortes que participaron en el Estudio Europeo de Cohortes para los Efectos de la Contaminación del Aire (ESCAPE) con 100.166 participantes, seguidos durante un promedio de 11,5 años. Un aumento en la exposición anual estimada a PM 2.5 de solo 5 μg/m se vinculó con un aumento del 13 % en el riesgo de ataques cardíacos.En 2017, un estudio reveló que la PM no solo afecta las células y los tejidos humanos, sino que también afecta a las bacterias que causan enfermedades en los humanos. Este estudio concluyó que la exposición al carbono negro alteró la formación de biopelículas, la tolerancia a los antibióticos y la colonización tanto de Staphylococcus aureus como de Streptococcus pneumoniae.

El estudio más grande de EE. UU. sobre los efectos agudos en la salud de la contaminación por partículas gruesas entre 2,5 y 10 micrómetros de diámetro se publicó en 2008 y encontró una asociación con los ingresos hospitalarios por enfermedades cardiovasculares, pero no hay evidencia de una asociación con el número de ingresos hospitalarios por enfermedades respiratorias. Después de tener en cuenta los niveles de partículas finas (PM _2.5 y menos), la asociación con partículas gruesas se mantuvo pero ya no fue estadísticamente significativa, lo que significa que el efecto se debe a la subsección de partículas finas.

La agencia del gobierno de Mongolia registró un aumento del 45% en la tasa de enfermedades respiratorias en los últimos cinco años (informado en septiembre de 2014). El asma bronquial, la enfermedad pulmonar obstructiva crónica y la neumonía intersticial fueron las dolencias más comunes tratadas en los hospitales del área. Los niveles de muerte prematura, bronquitis crónica y enfermedades cardiovasculares están aumentando a un ritmo acelerado.

Riesgos cognitivos

Los efectos de la contaminación del aire y las partículas en el rendimiento cognitivo se han convertido en un área activa de investigación. Un estudio longitudinal reciente en China que comparó la contaminación del aire y la exposición a partículas con los puntajes de las pruebas verbales y matemáticas encontró que la exposición acumulativa impidió los puntajes de las pruebas verbales de hombres y mujeres significativamente más que los puntajes de matemáticas. El impacto negativo en el razonamiento verbal como resultado de la exposición a partículas fue más pronunciado a medida que las personas envejecían y afectó más a los hombres que a las mujeres. El nivel de declive cognitivo en las puntuaciones de razonamiento verbal fue más pronunciado en sujetos menos educados (diploma de escuela intermedia o inferior). La exposición a corto plazo a partículas se ha relacionado con el deterioro cognitivo a corto plazo en adultos sanos.

La contaminación del aire, las partículas y el humo de leña también pueden causar daño cerebral y aumentar el riesgo de trastornos del desarrollo, trastornos mentales, trastornos neurodegenerativos y suicidio, aunque los estudios sobre el vínculo entre la depresión y algunos contaminantes del aire no son consistentes. Al menos un estudio ha identificado "la abundante presencia en el cerebro humano de nanopartículas de magnetita que coinciden con precisión con las nanoesferas de magnetita de alta temperatura, formadas por combustión y/o calentamiento derivado de la fricción, que son abundantes en las partículas urbanas transportadas por el aire (PM)".."

Las partículas también parecen tener un papel en la patogenia de la enfermedad de Alzheimer y el envejecimiento prematuro del cerebro.

Aumento de la muerte

La Organización Mundial de la Salud (OMS) estimó en 2005 que "... la contaminación del aire por partículas finas (PM(2.5)), causa alrededor del 3% de la mortalidad por enfermedad cardiopulmonar, alrededor del 5% de la mortalidad por cáncer de tráquea, bronquios y pulmón, y alrededor del 1% de la mortalidad por infecciones respiratorias agudas en niños menores de 5 años, en todo el mundo". Un estudio de 2011 concluyó que el escape del tráfico es la causa prevenible más grave de ataque cardíaco en el público en general, la causa del 7,4 % de todos los ataques.

Los estudios de partículas en Bangkok, Tailandia, de 2008 indicaron un aumento del 1,9 % en el riesgo de morir por enfermedad cardiovascular y un 1,0 % de riesgo de todas las enfermedades por cada 10 microgramos por metro cúbico. Los niveles promediaron 65 en 1996, 68 en 2002 y 52 en 2004. Los niveles decrecientes pueden atribuirse a las conversiones de diesel a combustión de gas natural, así como a la mejora de las reglamentaciones.

Disparidades raciales

Ha habido muchos estudios que relacionan la raza con una mayor proximidad a las partículas y, por lo tanto, la susceptibilidad a los efectos adversos para la salud que van de la mano con la exposición a largo plazo. En un estudio que analiza los efectos de la contaminación del aire en vecindarios racialmente segregados en los Estados Unidos, los resultados muestran que "la proporción de residentes negros en un tramo se vinculó con tasas más altas de asma". Muchos académicos relacionan esta desproporcionalidad con la segregación racial en la vivienda y sus respectivas desigualdades en las "exposiciones tóxicas". Esta realidad se ve agravada por el hallazgo de que “la atención médica se da en el contexto de una desigualdad social y económica histórica y contemporánea más amplia y de una discriminación racial y étnica persistente en muchos sectores de la vida estadounidense”.La proximidad residencial a las instalaciones que emiten partículas aumenta la exposición a PM 2.5, lo que está relacionado con un aumento de las tasas de morbilidad y mortalidad. Múltiples estudios confirman que la carga de las emisiones de PM es mayor entre las poblaciones no blancas y asoladas por la pobreza, aunque algunos dicen que los ingresos no impulsan estas diferencias. Esta correlación entre la raza y las repercusiones en la salud relacionadas con la vivienda se deriva de un problema de justicia ambiental de larga data vinculado a la práctica de la línea roja histórica. Un ejemplo de estos factores contextualizados es un área del sureste de Luisiana, coloquialmente denominada 'Cancer Alley' por su alta concentración de muertes relacionadas con el cáncer debido a las plantas químicas vecinas.Cancer Alley es una comunidad mayoritariamente afroamericana, con un 90 % de negros en el vecindario más cercano a la planta, lo que perpetúa la narrativa científica de que las poblaciones negras están ubicadas desproporcionadamente más cerca de las áreas de alto rendimiento de PM que las poblaciones blancas. Un artículo de 2020 relaciona los efectos a largo plazo para la salud de vivir en altas concentraciones de PM con un mayor riesgo, propagación y tasas de mortalidad del SARS-CoV-2 o COVID-19, y culpa a un historial de racismo por este resultado.

Riesgo de humo de incendios forestales

Existe un mayor riesgo de exposición a partículas en regiones donde los incendios forestales son persistentes. El humo de los incendios forestales puede afectar a grupos sensibles como los ancianos, los niños, las mujeres embarazadas y las personas con enfermedades pulmonares y cardiovasculares. Un estudio encontró que en la temporada de incendios forestales de 2008 en California, el material particulado era mucho más tóxico para los pulmones humanos, ya que se observó un aumento del infiltrado de neutrófilos, la entrada de células y el edema en comparación con el material particulado del aire ambiental. Además, las partículas de los incendios forestales se han relacionado con ser un factor desencadenante de eventos coronarios agudos, como la cardiopatía isquémica. Los incendios forestales también se han asociado con un aumento de las visitas al departamento de emergencias debido a la exposición a partículas, así como un mayor riesgo de eventos relacionados con el asma.Además, se ha descubierto un vínculo entre el PM2.5 de los incendios forestales y un mayor riesgo de hospitalizaciones por enfermedades cardiopulmonares.

Conocimiento de la industria energética y respuesta a los efectos adversos para la salud

Las principales compañías de energía entendieron, al menos desde la década de 1960, que el uso de sus productos causa efectos adversos generalizados para la salud y la muerte, pero continuaron presionando políticamente agresivamente en los Estados Unidos y en otros lugares contra la regulación del aire limpio y lanzaron grandes campañas de propaganda corporativa para sembrar dudas sobre el vínculo causal entre la quema de combustibles fósiles y los principales riesgos para la vida humana. Los memorandos internos de la compañía revelan que los científicos y ejecutivos de la industria energética sabían que los contaminantes del aire creados por los combustibles fósiles se alojan profundamente en el tejido pulmonar humano y causan defectos de nacimiento en los hijos de los trabajadores de la industria petrolera. Los memorandos de la industria reconocen que los automóviles "son, con mucho, las mayores fuentes de contaminación del aire" y también que la contaminación del aire causa efectos adversos para la salud y alberga toxinas, incluidos carcinógenos,

En respuesta a la creciente preocupación pública, la industria finalmente creó la Coalición Climática Global, un grupo de cabildeo de la industria, para descarrilar los intentos de los gobiernos de regular la contaminación del aire y crear confusión en la mente del público sobre la necesidad de tal regulación. El Instituto Americano del Petróleo, una asociación comercial de la industria del petróleo y el gas, y el grupo de expertos privado que niega el cambio climático, el Instituto Heartland, emprendieron esfuerzos similares de cabildeo y relaciones públicas corporativas. “La respuesta de los intereses de los combustibles fósiles ha sido del mismo libro de jugadas: primero saben, luego planean, luego niegan y luego retrasan. Han recurrido a la demora, formas sutiles de propaganda y socavar la regulación”, dijo Geoffrey Supran, investigador de la Universidad de Harvard sobre la historia de las compañías de combustibles fósiles y el cambio climático. Estos esfuerzos han sido comparados, por analistas de políticas como Carroll Muffett del Centro de Derecho Ambiental Internacional, con la estrategia de la industria tabacalera de cabildeo y campañas de propaganda corporativa para crear dudas sobre la conexión causal entre fumar cigarrillos y el cáncer y prevenir su regulación. Además, los defensores financiados por la industria, cuando fueron designados para altos cargos gubernamentales en los Estados Unidos, revisaron los hallazgos científicos que muestran los efectos mortales de la contaminación del aire y revirtieron su regulación. a la estrategia de la industria tabacalera de cabildeo y campañas de propaganda corporativa para crear dudas sobre la conexión causal entre el tabaquismo y el cáncer y prevenir su regulación. Además, los defensores financiados por la industria, cuando fueron designados para altos cargos gubernamentales en los Estados Unidos, revisaron los hallazgos científicos que muestran los efectos mortales de la contaminación del aire y revirtieron su regulación. a la estrategia de la industria tabacalera de cabildeo y campañas de propaganda corporativa para crear dudas sobre la conexión causal entre el tabaquismo y el cáncer y prevenir su regulación. Además, los defensores financiados por la industria, cuando fueron designados para altos cargos gubernamentales en los Estados Unidos, revisaron los hallazgos científicos que muestran los efectos mortales de la contaminación del aire y revirtieron su regulación.

Efectos sobre la vegetación

Las partículas pueden obstruir las aberturas de los estomas de las plantas e interferir con las funciones de fotosíntesis. De esta manera, las altas concentraciones de material particulado en la atmósfera pueden provocar retraso en el crecimiento o la mortalidad en algunas especies de plantas.

Regulación

Debido a los efectos altamente tóxicos para la salud de las partículas, la mayoría de los gobiernos han creado regulaciones tanto para las emisiones permitidas de ciertos tipos de fuentes de contaminación (vehículos de motor, emisiones industriales, etc.) como para la concentración ambiental de partículas. La IARC y la OMS designan las partículas como un carcinógeno del Grupo 1. Las partículas son la forma más letal de contaminación del aire debido a su capacidad para penetrar profundamente en los pulmones y el torrente sanguíneo sin filtrar, causando enfermedades respiratorias, ataques cardíacos y muerte prematura. En 2013, el estudio ESCAPE en el que participaron 312.944 personas de nueve países europeos reveló que no había un nivel seguro de partículas y que por cada aumento de 10 μg/m en PM ₁₀, la tasa de cáncer de pulmón aumentaba un 22 %. Para PM _2.5hubo un aumento del 36 % en el cáncer de pulmón por cada 10 μg/m. En un metanálisis de 2014 de 18 estudios en todo el mundo, incluidos los datos de ESCAPE, por cada aumento de 10 μg/m en PM _2,5, la tasa de cáncer de pulmón aumentó un 9 %.

Australia

Australia ha establecido límites para las partículas en el aire:

Canadá

En Canadá, el estándar para el material particulado lo establece a nivel nacional el Consejo Canadiense de Ministros del Medio Ambiente (CCME) federal-provincial. Las jurisdicciones (provincias y territorios) pueden establecer estándares más estrictos. El estándar CCME para material particulado 2.5 (PM _2.5) a partir de 2015 es de 28 μg/m (calculado utilizando el promedio de 3 años del percentil 98 anual de las concentraciones promedio diarias de 24 horas) y 10 μg/m (3 años promedio de la media anual). Los estándares PM _2.5 aumentarán en rigurosidad en 2020.

Porcelana

	10 de la tarde	PM 2.5
Promedio anual	70 mg/m	35 μg/m
Promedio diario (24 horas)Número permitido de superaciones por año	150 μg/mNinguna	75 mg/mNinguna

China ha establecido límites para las partículas en el aire:

Unión Europea

	10 de la tarde	PM 2.5
Promedio anual	40 μg/m	25 mcg/m
Promedio diario (24 horas)Número permitido de superaciones por año	50 mcg/m35	NingunaNinguna

La Unión Europea ha establecido los estándares de emisión europeos, que incluyen límites para las partículas en el aire:

Índice Europeo de la Calidad del Aire	Bueno	Justo	Moderado	Pobre	Muy pobre	Extremadamente pobre
Partículas de menos de 2,5 μm (PM 2,5)	0-10 μg/m	10-20 μg/m	20-25 μg/m	25-50 μg/m	50-75 μg/m	75-800 μg/m
Partículas de menos de 10 μm (PM 10)	0-20 μg/m	20-40 μg/m	40-50 μg/m	50-100 μg/m	100-150 μg/m	150-1200 μg/m

Hong Kong

	10 de la tarde	PM 2.5
Promedio anual	50 mcg/m	35 μg/m
Promedio diario (24 horas)Número permitido de superaciones por año	100 mcg/m9	75 mg/m9

Hong Kong ha establecido límites para las partículas en el aire:

Japón

	10 de la tarde	PM 2.5
Promedio anual	Ninguna	15 μg/m
Promedio diario (24 horas)Número permitido de superaciones por año	100 mcg/mNinguna	35 μg/mNinguna

Japón ha establecido límites para las partículas en el aire:

Corea del Sur

	10 de la tarde	PM 2.5
Promedio anual	50 mcg/m	15 μg/m
Promedio diario (24 horas)Número permitido de superaciones por año	100 mcg/mNinguna	35 μg/mNinguna

Corea del Sur ha establecido límites para las partículas en el aire:

Taiwán

	10 de la tarde	PM 2.5
Promedio anual	50 mcg/m	15 μg/m
Promedio diario (24 horas)Número permitido de superaciones por año	100 mcg/mNinguna	35 μg/mNinguna

Taiwán ha establecido límites para las partículas en el aire:

Estados Unidos

	10 de la tarde	PM 2.5
Promedio anual	Ninguna	12 mcg/m
Promedio diario (24 horas)Número permitido de superaciones por año	150 μg/m1	35 μg/mNo aplica

La Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA) ha establecido estándares para las concentraciones de PM ₁₀ y PM _2.5. (Ver Estándares Nacionales de Calidad del Aire Ambiental)

California

En octubre de 2008, el Departamento de Control de Sustancias Tóxicas (DTSC), dentro de la Agencia de Protección Ambiental de California, anunció su intención de solicitar información sobre métodos de prueba analíticos, destino y transporte en el medio ambiente, y otra información relevante de los fabricantes de nanotubos de carbono. DTSC está ejerciendo su autoridad bajo el Código de Salud y Seguridad de California, Capítulo 699, secciones 57018-57020. Estas secciones se agregaron como resultado de la adopción del Proyecto de Ley de la Asamblea AB 289 (2006). Su objetivo es aumentar la disponibilidad de información sobre el destino y el transporte, la detección y el análisis, y otra información sobre productos químicos. La ley atribuye la responsabilidad de proporcionar esta información al Departamento a quienes fabrican o importan los productos químicos.

El 22 de enero de 2009, se envió una carta formal de solicitud de información a los fabricantes que producen o importan nanotubos de carbono en California, o que pueden exportar nanotubos de carbono al Estado. Esta carta constituye la primera implementación formal de las autoridades establecidas en el estatuto por AB 289 y está dirigida a los fabricantes de nanotubos de carbono, tanto de la industria como de la academia dentro del Estado, y a los fabricantes fuera de California que exportan nanotubos de carbono a California. Esta solicitud de información deberá ser atendida por los fabricantes en el plazo de un año. DTSC está esperando la próxima fecha límite del 22 de enero de 2010 para recibir respuestas a la llamada de datos.

California Nano Industry Network y DTSC organizaron un simposio de un día completo el 16 de noviembre de 2009 en Sacramento, CA. Este simposio brindó la oportunidad de escuchar a los expertos de la industria de la nanotecnología y discutir las futuras consideraciones regulatorias en California.

DTSC está ampliando la llamada de información química específica a los miembros de los óxidos de nanometales, la información más reciente se puede encontrar en su sitio web.

Colorado

Los puntos clave del Plan Colorado incluyen la reducción de los niveles de emisión y las soluciones por sector. La agricultura, el transporte, la electricidad verde y la investigación sobre energías renovables son los principales conceptos y objetivos de este plan. Los programas políticos, como las pruebas obligatorias de emisiones de vehículos y la prohibición de fumar en espacios cerrados, son acciones tomadas por el gobierno local para crear conciencia pública y participación en un aire más limpio. La ubicación de Denver junto a las Montañas Rocosas y la amplia extensión de llanuras hacen que el área metropolitana de la capital de Colorado sea un lugar probable para el smog y la contaminación del aire visible.

Zonas afectadas

La contaminación de material particulado más concentrada resultante de la quema de combustibles fósiles por transporte y fuentes industriales tiende a estar en áreas metropolitanas densamente pobladas en países en desarrollo, como Delhi y Beijing.

Australia

La contaminación por PM10 en áreas mineras de carbón en Australia, como Latrobe Valley en Victoria y Hunter Region en Nueva Gales del Sur, aumentó significativamente entre 2004 y 2014. Aunque el aumento no se sumó significativamente a las estadísticas de incumplimiento, la tasa de aumento ha aumentado cada año. durante 2010 a 2014.

Porcelana

Algunas ciudades del norte de China y el sur de Asia han tenido concentraciones superiores a 200 μg/m hasta hace algunos años. Los niveles de PM en las ciudades chinas han sido extremos en los últimos años, alcanzando un máximo histórico en Beijing el 12 de enero de 2013, de 993 μg/m3.

Para monitorear la calidad del aire del sur de China, el Consulado de los EE. UU. en Guangzhou instaló un monitor de PM 2.5 en la isla de Shamian en Guangzhou y muestra lecturas en su sitio web oficial y plataformas sociales.

Ulán Bator

La capital de Mongolia, Ulaanbaatar, tiene una temperatura media anual de alrededor de 0 °C, lo que la convierte en la capital más fría del mundo. Alrededor del 40% de la población vive en apartamentos, el 80% de los cuales cuentan con sistemas de calefacción central de 3 plantas combinadas de calor y electricidad. En 2007, las centrales eléctricas consumieron casi 3,4 millones de toneladas de carbón. La tecnología de control de la contaminación está en malas condiciones.

El otro 60% de la población reside en barrios marginales (distritos de Ger), que se han desarrollado debido a la nueva economía de mercado del país y las temporadas de invierno muy frías. Los pobres de estos distritos cocinan y calientan sus casas de madera con estufas interiores alimentadas con leña o carbón. La contaminación del aire resultante se caracteriza por niveles elevados de dióxido de azufre y óxido de nitrógeno y concentraciones muy altas de partículas y material particulado (PM) en el aire. Se han registrado concentraciones anuales promedio estacionales de material particulado de hasta 279 μg/m (microgramos por metro cúbico). _{El nivel medio anual de PM 10} recomendado por la Organización Mundial de la Salud es de 20 μg/m, lo que significa que el nivel de PM ₁₀ de Ulaanbaatarlos niveles medios anuales son 14 veces superiores a los recomendados.

Durante los meses de invierno, en particular, la contaminación del aire oscurece el aire, afectando la visibilidad en la ciudad a tal punto que los aviones en algunas ocasiones no pueden aterrizar en el aeropuerto.

Además de las emisiones de chimenea, otra fuente no contabilizada en el inventario de emisiones son las cenizas volantes de los estanques de cenizas, el lugar de disposición final de las cenizas volantes que se han recolectado en los tanques de sedimentación. Los estanques de cenizas son erosionados continuamente por el viento durante la estación seca.