Partícules microscòpiques de matèria sòlida o líquida suspesos a l'aire. From Wikipedia, the free encyclopedia
L'aerosol atmosfèric, també conegut com a partícules en suspensió, són petits fragments de matèria sòlida o líquida suspesos a l'atmosfera terrestre, i de naturalesa antropogènica o natural.[1] Aquest tipus d'aerosol pot afectar negativament la salut dels humans, com també pot tenir un efecte negatiu en el clima. Els tipus d'aerosols atmosfèrics són, a grans trets, la matèria particulada suspesa, la matèria respirable suspesa (partícules amb un diàmetre inferior als 10 micròmetres, que arriben fàcilment als pulmons), partícules fines i sutge.
Algunes partícules atmosfèriques s'originen de manera natural, procedeixen de volcans, tempestes de pols, incendis forestals i de pastures, vegetació viva, i aerosol marí. Les activitats humanes, com la crema de combustibles fòssils en vehicles, plantes d'energia i diversos processos industrials, com la indústria ceràmica, activitats com la construcció, la mineria, pedreres[2] també generen quantitats significatives de partícules. La combustió de carbó en països en vies de desenvolupament és el principal mètode per escalfar habitatges i el subministrament d'energia. Com que la polvorització salina en els oceans és la forma més comuna de la immensa majoria de partícules a l'atmosfera, els aerosols antropogènics, els deguts a activitats humanes, representen actualment un 10% de la massa total dels aerosols a presents l'atmosfera.[3]
La composició d'aerosols i partícules depèn de la seva font. La pols mineral[4] es compon normalment d'òxids minerals i altres materials que surten de l'escorça terrestre arrossegats pel vent. Aquestes partícules són absorbents de la llum. La sal del mar es considera el segon contribuent més gran en la composició global d'aerosol, i es compon principalment de clorur de sodi que s'origina a partir de l'escuma de mar. Altres components de l'aerosol marí reflecteixen la composició de l'aigua de mar, com magnesi, sulfats, calci, potassi, etc. A més, aquests aerosols poden contenir compostos orgànics, que influeixen en la seva química. La sal del mar no absorbeix la llum.
Les partícules secundàries es deriven de l'oxidació dels gasos primaris com ara el sofre i òxids de nitrogen en àcid sulfúric (líquid) i àcid nítric (gasós). Els precursors d'aquests aerosols, és a dir els gasos dels quals són originaris, poden tenir un origen antropogènic (de combustibles fòssils o la combustió del carbó) o un origen biogènic natural. En presència d'amoníac, els aerosols secundaris sovint prenen la forma de sals d'amoni, sulfat d'amoni i nitrat d'amoni, és a dir (tant pot ser sec o en solució aquosa), en l'absència d'amoníac, els compostos secundaris adopten una forma àcida com àcid sulfúric (líquid àcid que forma un aerosol) i àcid nítric (gas atmosfèric). Els aerosols secundaris de sulfats de i de nitrats són forts dispersors de la llum, degut principalment a la presència de sulfats i nitrats que fa que els aerosols puguin augmentar a una mida que dispersa la llum amb eficàcia.
La matèria orgànica (OM) pot ser primària o secundària, una petita part es deriva de l'oxidació dels COVs (compostos orgànics volàtils). El material orgànic en l'atmosfera o bé pot ser biogènic o antropogènic. La matèria orgànica modifica la radiació atmosfèrica tant per dispersió com absorció. Un altre tipus d'aerosol que és important és el constituït de carboni elemental (CE, també conegut com a negre de carbó, BC): aquest tipus d'aerosol inclou material fortament absorbent de la llum i es creu que produeix un augment en el forçant radiatiu. La matèria orgànica i el carboni elemental en conjunt constitueixen la fracció carbonosa d'aerosols. Els aerosols orgànics secundaris es constitueixen per petites "boles de quitrà" que resulten dels productes de combustió de motors de combustió interna i s'han identificat com un perill per a la salut. La composició química de l'aerosol afecta directament la manera com interacciona amb la radiació solar. Els components químics dins l'aerosol canvia l'índex de refracció global. L'índex de refracció determina la quantitat de llum que és dispersada i absorbida.
La composició de les partícules en suspensió que generalment provoca efectes visuals, com ara el boirum, consisteix en diòxid de sofre, òxids de nitrogen, monòxid de carboni, pols mineral, matèria orgànica, i carboni elemental, també conegut com a negre de carbó o sutge. Les partícules són higroscòpiques a causa de la presència de sofre, i el SO₂ es converteix en sulfat, quan la humitat és alta i les temperatures són baixes. Això causa visibilitat reduïda i el color groc característic del boirum fotoquímic.
En general, com més petita i més lleugera és una partícula, més temps romandrà en l'aire. Les partícules més grans (de més de 10 micròmetres de diàmetre) tendeixen a assentar-se al sòl per gravetat en qüestió d'hores, mentre que les partícules més petites (de menys d'1 micròmetre) poden romandre en l'atmosfera durant setmanes i són les que majoritàriament se separen per precipitació i coagulació.
Els aerosols atmosfèrics afecten el clima de la Terra, canviant la quantitat de radiació solar entrant i la quantitat de radiació d'ona llarga terrestre sortint retinguda en l'atmosfera terrestre. Això passa a través de diferents mecanismes que es divideixen en directes, indirectes[5][6] i els efectes dels aerosols semidirectes. Els efectes de l'aerosol en el clima són la major font d'incertesa en les prediccions climàtiques futures. El Grup Intergovernamental d'Experts sobre el Canvi Climàtic (IPCC), Tercer Informe d'Avaluació, diu: "Mentre que el forçament radiatiu causat pels gasos amb efecte d'hivernacle es poden determinar amb un grau raonable de precisió, les incerteses relacionades amb el forçament radiatiu dels aerosols segueixen sent grans, i depenen en gran manera de les estimacions dels estudis de models globals que són difícils de verificar en el present".[7]
L'efecte directe d'aerosol consisteix en qualsevol interacció directa de la radiació amb l'aerosol atmosfèric, com ara l'absorció o la dispersió. Afectant tant la radiació d'ona llarga com curta per produir un forçant radiatiu net negatiu.[8] La magnitud del forçant radiatiu resultant és degut a l'efecte directe d'un aerosol que depèn de l'albedo de la superfície subjacent, ja que això afecta la quantitat neta de radiació absorbida o dispersada a l'espai. Per exemple, si un aerosol de dispersió és per sobre d'una superfície d'albedo baix, tindrà un millor forçant radiatiu que si estigués per sobre d'una superfície d'alt albedo. L'efecte de l'aerosol directe és un efecte de primer ordre i es classifica com un forçant radiatiu per l'IPCC.[9] La interacció d'un aerosol amb la radiació es quantifica per la dispersió simple Albedo (SSA) que és la relació de la dispersió enfront de la dispersió més absorció (extinció) de radiació per una partícula. La SSA tendeix a la unitat si la dispersió domina, amb relativament poca absorció, i disminueix a mesura que augmenta l'absorció, arribant a ser zero per a l'absorció infinita. Per exemple, la sal marina aerosol té una SSA d'1, ja que les partícules de sal marina només dispersen la radiació, mentre que el sutge té una SSA de 0,23, mostrant que és un aerosol atmosfèric absorbent principalment.
L'efecte indirecte dels aerosols es compon de qualsevol canvi en el balanç radiatiu terrestre, a causa de la modificació dels núvols per aerosols atmosfèrics, i es compon de diversos efectes diferents. Les gotes dels núvols que es formen en les partícules d'aerosol preexistents, coneguts com a nuclis de condensació de núvols (CCN). Per a qualsevol condició meteorològica, un augment de la CCN condueix a un augment en el nombre de gotes dels núvols. Això condueix a una major dispersió de la radiació d'ona curta, és a dir, un augment en l'albedo del núvol, coneguda com l'efecte albedo dels núvols, primer efecte indirecte o efecte Twomey.[6] L'evidència que dona suport a l'efecte albedo dels núvols s'ha observat a partir dels efectes dels plomalls dels gasos d'escapament del vaixell[10] i la crema de biomassa[11] en l'albedo dels núvols en comparació als núvols de l'ambient. L'efecte dels aerosols sobre l'albedo dels núvols és un efecte de primer ordre i per tant es classifica com un forçant radiatiu per l'IPCC. Un augment en el nombre de gotes del núvol a causa de la introducció d'aerosol pot reduir la mida de la gota de núvol, ja que la mateixa quantitat d'aigua es divideix entre més gotetes. Això té l'efecte de suprimir la precipitació i l'augment de la vida útil del núvol, coneguda com l'efecte aerosol en el temps de vida del núvol, segon efecte indirecte o efecte Albrecht. Aquest efecte del temps de vida dels núvols es classifica com una retroalimentació climàtica (en lloc d'un forçant radiatiu) per l'IPCC, a causa de la interdependència entre aquest i el cicle hidrològic. No obstant això, ha estat prèviament classificada com un forçant radiatiu negatiu.[12]
L'efecte semi-directe es refereix a qualsevol efecte radiatiu causat per l'absorció dels aerosols atmosfèrics com ara sutge, a part de dispersió i absorció directa, que es classifica com l'efecte directe. Abasta molts mecanismes individuals, i en general és més pobrament definit i entès que els efectes dels aerosols directes i indirectes. Per exemple, si els aerosols absorbents són presents en una capa en alta en l'atmosfera, es pot escalfar l'aire circumdant, que inhibeix la condensació de vapor d'aigua, el que resulta en la formació de menys núvols.[13] A més, l'escalfament d'una capa de l'atmosfera en relació a la superfície resulta en un ambient més estable a causa de la inhibició de la convecció atmosfèrica. Això inhibeix l'elevació de la humitat per convecció,[14] que al seu torn redueix la formació de núvols. L'escalfament de l'atmosfera en capes altes també condueix a un refredament de la superfície, resultant en una menor evaporació d'aigua de la superfície. Els efectes aquí descrits, porten a una reducció de la cobertura de núvols, és a dir un augment d'albedo planetari. L'efecte semidirecte és classificat com una retroalimentació climàtica per l'IPCC a causa de la interdependència entre aquest i el cicle hidrològic .[9] No obstant això, ja ha estat classificat com un forçant radiatiu negatiu.[12]
Aerosol de sulfat té dos efectes principals, directes i indirectes. L'efecte directe, a través d'albedo, és un efecte de refredament que disminueix la taxa general de l'escalfament global: la millor estimació de l'IPCC del forçament radiatiu és -0,4 watts per metre quadrat amb un rang de -0,2 a -0,8 W / m², però hi ha incerteses substancials. L'efecte varia molt geogràficament, amb la majoria de refredament que es considerin en la direcció del vent i dels principals centres industrials. Model climàtic modern enfront de l'atribució del canvi climàtic recent té en compte el sulfat forçant, que apareix en el compte (almenys en part) pel lleuger descens de la temperatura mundial a mitjans del segle 20. L'efecte indirecte (via l'aerosol actua com a nuclis de condensació de núvols, CNN, i d'aquesta manera modifica les propietats del núvol-albedo i la vida útil-) és més incert, però es creu que pot ser una causa de refredament.
Negre de carboni (BC), o negre de carboni, o carboni elemental (CE), sovint anomenat sutge, es compon de grups de carboni pur, boles d'esquelet i ful·lerens, i és una de les espècies d'aerosols més importants que absorbeixen en l'atmosfera. S'ha de distingir del carboni orgànic (CO): agrupats o agregats de molècules orgàniques tals o impregnant 1 buckyball CE. BC dels combustibles fòssils es calcula per l'IPCC en el Quart Informe d'Avaluació de l'IPCC, 4AR, que contribueix al forçament radiatiu mitjà mundial de 0,2 W / m² (era 0,1 W / m² en el Segon Informe d'Avaluació de l'IPCC, SAR), amb un rang de 0,1 a 0,4 W / m²
Els volcans són una gran font natural d'aerosol, i s'han vinculat als canvis en el clima de la Terra, sovint amb conseqüències per a la població humana. Les erupcions associades a canvis en el clima són l'erupció de 1600 Huaynaputina, que estava vinculada a la fam russa de 1601-1603,[15][16] que condueix a la mort de dos milions de dòlars, i l'erupció de 1991 del Muntanya Pinatubo, que causar un refredament global d'aproximadament 0,5 °C amb una durada de diversos anys[17][18] Les investigacions que segueixen l'efecte dels aerosols que escampen la llum a l'estratosfera durant els anys 2000 i 2010 i el comparen amb l'activitat volcànica mostren una forta correlació. Les simulacions de l'efecte de les partícules antropogèniques mostren poca influència als nivells actuals.[19][20]
Els aerosols també es creu que afecten al temps i al clima a escala regional. El fet que el monsó indi s'ha relacionat la supressió de l'evaporació de l'aigua de l'oceà Índic, a causa de l'efecte semi-directe d'aerosols antropogènics[21]
Estudis recents de la sequera de Sahel[22] i l'augment des de 1967 a les precipitacions sobre el Territori del Nord, Kimberley (oest d'Austràlia), Pilbara i en tota la plana de Nullarbor han portat a alguns científics a la conclusió que la boirina per sobre d'Àsia del Sud i Àsia ha anat canviant les pluges tropicals dels dos hemisferis cap al sud.[21][23]
Els últims estudis de diverses disminucions de la precipitació sobre el sud d'Austràlia des de 1997, ha portat als climatòlegs a considerar la possibilitat que aquests aerosols asiàtics han canviat no només tròpic, sinó també els sistemes de latituds mitjanes i del sud.
Els nivells alts de partícules fines en suspensió a l'aire degudes a l'activitat humana, tenen un efecte advers sobre la salut, provocant malalties greus, com poden ser el càncer de pulmó, altres malalties del sistema respiratori,[24] i malalties del sistema circulatori.[25]
L'alt nombre de morts[26] i malalts provocats per la contaminació atmosfèrica deguda als aerosols atmosfèrics ja es va demostrar durant la dècada de 1970[27] i aquests resultats s'han pogut reproduir des de llavors. La presència d'altes concentracions de matèria particulada a l'atmosfera provoca entre 22.000 i 52.000 morts l'any als Estats Units (des de l'any 2000),[28] com també fa augmentar el risc a patir un càncer de pulmó en un 17,7% segons estudis duts a terme a Europa.[29] Inhalar material particulat en suspensió pot provocar, entre altres malalties: asma, càncer de pulmó, efectes al sistema respiratori i coronari, malformacions en el fetus i mort prematura.[30]
La mida de les partícules inhalades determinarà el lloc on romandran aquestes i, per tant, els efectes que provocaran a la salut. Les partícules de 10 µm o menys de diàmetre (PM10) poden arribar fins a les zones més interiors dels pulmons, com són els bronquis i els alvèols,[31] i provocar efectes adversos sobre la salut de les persones. Les partícules d'un diàmetre superior als 10 µm són filtrades al nas i a la gola gràcies a l'efecte de cilis i mucoses i, per tant, no arriben als pulmons. Aquest límit de 10 micròmetres no és estricte entre matèria respirable i no respirable, però les agències ambientals prenen aquest valor com a referència per fer els estudis. Les partícules de diàmetre inferior als 2,5 µm (PM2,5) arriben a participar en el sistema d'intercanvi de gasos que es produeix als pulmons, i les més petites, de diàmetres inferiors als 100 nm, poden travessar els pulmons i afectar altres òrgans. La mida de les partícules és un factor important en els efectes sobre la salut, però també són rellevants la forma i composició química d'aquestes.
Es pot utilitzar una nomenclatura simple per entendre la penetració de les partícules en el sistema circulatori:
Un estudi publicat al Journal of the American Medical Association indica que les PM2,5 poden provocar grans acumulacions de placa a les artèries, que resulten en inflamació vascular i aterosclerosi.[32] L'Organització Mundial de la Salut (OMS) ha estimat que la pol·lució per PM2,5 provoca un 3% de les morts per malalties cardiopulmonars, un 5% de les morts provocades per càncer de tràquea, bronquis i pulmons i aproximadament un 1% de les morts en nens d'edat inferior a 5 anys que patien malalties respiratòries infeccioses agudes.[24] Un estudi publicat a la revista The Lancet conclou que aproximadament un 7,4% dels atacs al cor que es produeixen tenen la seva font en la gran densitat de trànsit que pateixen les ciutats, cosa que fa augmentar la concentració de matèria particulada atmosfèrica.[33]
Com s'ha explicat anteriorment, la matèria particulada de diàmetre inferior als 100 nm, coneguda com a nanopartícules, provoca un major dany al sistema cardiovascular dels éssers humans.[34] Aquestes nanopartícules poden travessar les membranes cel·lulars dels pulmons, i un cop en el torrent sanguini, afecten a la resta d'òrgans del cos, incloent-hi el cervell, on poden provocar danys similars als trobats en pacients que pateixen Alzheimer. Les partícules emeses pels motors dièsel més moderns tenen una mida d'aproximadament 100 nm. Aquestes partícules de sutge contenen components carcinogènics, com benzopirens adsorbits a la seva superfície, que poden provocar càncer de pulmó.[35]
El que cada cop es troba més clar és que les limitacions actuals sobre emissions en motors és poc restrictiva, ja que es basen a mesurar la massa emesa, però no contempla res sobre la mida o forma de les partícules, que té un efecte més greu sobre la salut. Una partícula de 10 µm té aproximadament la mateixa massa que un milió de partícules de 100 nm de diàmetre, però se sap que la partícula de 10 µm pot ser expulsada abans del cos i no provoca efectes greus en la salut, en canvi les partícules més petites sí que ho fan.
Si ens fixem en la forma de l'aerosol atmosfèric, no està ben documentat com afecta a la salut. S'ha demostrat que la forma angular dels asbests provoquen una major penetració en els pulmons, on poden unir-se a altres substàncies de la matèria particulada i augmentar els efectes nocius sobre la salut.
A causa dels efectes que els aerosols atmosfèrics provoquen a la salut, els governs han creat una regulació. Les lleis regulen tant les emissions de certs aerosols (per exemple vehicles, indústria...) com la quantitat màxima a l'atmosfera. Tot i aquestes regulacions en moltes àrees urbanes dels EUA i UE aquests límits se sobrepassen. Encara que l'aire urbà s'ha tornat més net els últims anys.[36]
També s'ha de dir que la majoria dels països en desenvolupant excedeixen els límits establerts provocant problemes greus de salut, com ara la zona més urbana de la Xina.
Segons la directiva 2001/81/CE[37] de la Comissió Europea els límits d'emissió del SO₂, NOx, COV i NH₃ previstos pel 2010 dels diferents estats membre són:
| País | SO₂(Kilotonelades) | NOx (Kilotonelades) | COV (Kilotonelades) | NH₃ (Kilotonelades) |
|---|---|---|---|---|
| Àustria | 39 | 103 | 159 | 66 |
| Bèlgica | 99 | 176 | 139 | 74 |
| Dinamarca | 55 | 127 | 85 | 69 |
| Finlàndia | 110 | 170 | 130 | 31 |
| França | 375 | 810 | 1050 | 780 |
| Alemanya | 520 | 1051 | 995 | 550 |
| Grècia | 523 | 344 | 261 | 73 |
| Irlanda | 42 | 65 | 55 | 116 |
| Itàlia | 475 | 990 | 1159 | 419 |
| Luxemburg | 4 | 11 | 9 | 7 |
| Països Baixos | 50 | 260 | 185 | 128 |
| Portugal | 160 | 250 | 180 | 90 |
| Espanya | 746 | 847 | 662 | 353 |
| Suècia | 67 | 148 | 241 | 57 |
| Regne Unit | 585 | 1167 | 1200 | 297 |
| CE-15 | 3850 | 6519 | 6510 | 3110 |
A més en la directiva 2008/50 CE els valors límits segons diferents períodes del SO₂, NO₂ i PM10 són:
A Catalunya la Generalitat des de la Xarxa de Vigilància i Previsió de la Contaminació Atmosfèrica de Catalunya (XVPCA)[38] controla la qualitat de l'aire des de 84 estacions automàtiques repartides per tot el país.
Des de la Generalitat s'ha iniciat un pla per la millora de la qualitat de l'aire del 2011-2015.[39] Aquest pla preveu assolir els nivells que determina la legislació europea pel NO₂ i PM10.
L'Agència Nord-americana de Protecció Ambiental (EPA) estableix els estàndards per les concentracions de PM10 i PM2,5 en l'atmosfera urbana. L'EPA regula les emissions de partícules primàries i precursors a les emissions secundàries (NOx, sofre i amoníac).
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Every time you click a link to Wikipedia, Wiktionary or Wikiquote in your browser's search results, it will show the modern Wikiwand interface.
Wikiwand extension is a five stars, simple, with minimum permission required to keep your browsing private, safe and transparent.
