Los tipos de partículas atmosféricas incluyen materia particulada suspendida; partículas torácicas y respirables; [3] partículas gruesas inhalables, designadas PM 10 , que son partículas gruesas con un diámetro de 10 micrómetros (μm) o menos; partículas finas, designadas PM 2.5 , con un diámetro de 2,5 μm o menos; [4] partículas ultrafinas , con un diámetro de 100 nm o menos; y hollín .
Las partículas suspendidas en el aire son un carcinógeno del grupo 1. [5] Las partículas son la forma más dañina (aparte de las ultrafinas ) de contaminación del aire [6], ya que pueden penetrar profundamente en los pulmones y el cerebro desde el torrente sanguíneo, causando problemas de salud como enfermedades cardíacas , enfermedades pulmonares , cáncer y parto prematuro . [7] No existe un nivel seguro de partículas. En todo el mundo, la exposición a PM 2,5 contribuyó a 4,1 millones de muertes por enfermedades cardíacas, accidentes cerebrovasculares, cáncer de pulmón, enfermedades pulmonares crónicas e infecciones respiratorias en 2016. [8] En general, las partículas suspendidas en el ambiente son uno de los principales factores de riesgo de muerte prematura a nivel mundial. [9]
Fuentes
Emisión de partículas al utilizar herramientas eléctricas modernas durante la instalación de banda ancha en el hogar, Tai Po, Hong KongExcavadora (un tipo de equipo pesado que se utiliza habitualmente en sitios de construcción y obras viales) demoliendo los restos de la estación de tren postal 0880 de antes de la guerra (Dworzec Pocztowy) en la avenida Jerozolimskie, Polonia
Las actividades humanas generan cantidades significativas de partículas. Por ejemplo:
Materiales polvorientos que no se limpian o no se cubren adecuadamente (por ejemplo, en sitios de construcción, vertederos e instalaciones de producción de cerámica; cenizas que quedan de quemas o incendios forestales). [30] [31] [32]
Polvo de la carretera procedente del desgaste de los neumáticos y de la carretera [41] y polvo de la carretera procedente de carreteras sin pavimentar. [42]
Desastres [47] (tanto naturales como causados por humanos, por ejemplo, incendios forestales , terremotos , guerras, [48] [49] y ataques del 11 de septiembre, etc.).
Microplásticos (que están ganando atención como un tipo de PM transportado por el aire). [50] [51]
Algunos tipos de polvo, como las cenizas , el vidrio , el plástico y el polvo de ciertas fibras artificiales, que son frágiles y se rompen fácilmente (pueden “proliferar”), pueden suponer mayores amenazas e irritaciones para los seres humanos. Los que tienen bordes afilados pueden ser aún más problemáticos. La cantidad, las formas, la adherencia, etc. de las partículas también pueden verse alteradas por diferentes condiciones meteorológicas.
Los aerosoles creados por el hombre (antropogénicos) representan alrededor del 10 por ciento de la masa total de aerosoles en la atmósfera, según se estimó en 2010. El 90 por ciento restante proviene de fuentes naturales como volcanes , tormentas de polvo , incendios de bosques y pastizales , vegetación viva y rocío marino , que emiten partículas como ceniza volcánica, polvo del desierto, hollín y sal marina. [52]
Combustión doméstica y humo de leña
En el Reino Unido, la combustión doméstica es la mayor fuente individual de PM 2,5 y PM 10 al año, y la quema de leña doméstica tanto en estufas cerradas como en fuegos abiertos fue responsable del 38 % de PM 2,5 en 2019. [53] [54] [55] Para abordar el problema, se introdujeron algunas leyes nuevas desde 2021. En algunas ciudades y pueblos de Nueva Gales del Sur, el humo de leña puede ser responsable del 60 % de la contaminación del aire por partículas finas en invierno. [56]
Hay algunas maneras de reducir el humo de la madera, por ejemplo, comprando la estufa de leña adecuada y manteniéndola bien [57] , eligiendo la leña adecuada [58] y quemándola de la manera correcta. [59] También hay regulaciones en algunos países por las cuales las personas pueden reportar la contaminación por humo al ayuntamiento local. [60]
Composición
Retrato global de aerosoles producido mediante una simulación GEOS-5 a una resolución de 10 km, agosto de 2006 - abril de 2007. Rojo/naranja: polvo (mineral) del desierto Azul: sal marina Verde: humo Blanco: partículas de sulfato [61] [62]
Los aerosoles secundarios de sulfato y nitrato son fuertes dispersores de luz . [67] 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) presente en los aerosoles puede ser primaria o secundaria, siendo esta última parte derivada de la oxidación de compuestos orgánicos volátiles (COV); la materia orgánica presente en la atmósfera puede ser biogénica o antropogénica . La materia orgánica influye en el campo de radiación atmosférica tanto por dispersión como por absorción. Se prevé que algunos aerosoles incluyan material que absorba fuertemente la luz y se cree que producen un gran forzamiento radiativo positivo . Algunos aerosoles orgánicos secundarios (AOS) resultantes de los productos de combustión de los motores de combustión interna se han identificado como un peligro para la salud. [68] Se ha descubierto que la toxicidad de las partículas varía según la región y la contribución de la fuente, lo que afecta a la composición química de las partículas.
La composición química del aerosol afecta directamente la forma en que interactúa con la radiación solar. Los componentes químicos del aerosol modifican el índice de refracción general . El índice de refracción determinará cuánta luz se dispersa y se absorbe.
La composición de las partículas que generalmente causan efectos visuales, la 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 SO2 se convierte en sulfato cuando hay alta humedad y bajas temperaturas. Esto causa una visibilidad reducida y colores rojo-naranja-amarillo. [69]
Distribución de tamaño
Los mapas en falso color se basan en datos del espectrorradiómetro de imágenes de resolución moderada (MODIS) del satélite Terra de la NASA. Verde: columnas de aerosol dominadas por partículas de mayor tamaño. Rojo: columnas de aerosol dominadas por partículas pequeñas. Amarillo: columnas en las que se entremezclan partículas de aerosol grandes y pequeñas. Gris: el sensor no recopiló datos. [70]
Los aerosoles producidos por el hombre, como la contaminación por partículas, tienden a tener un radio menor que las partículas de aerosol de origen natural (como el polvo arrastrado por el viento). Los mapas en falso color del mapa de distribución de partículas de aerosol de la derecha muestran dónde hay aerosoles naturales, contaminación humana o una mezcla de ambos, mensualmente.
Aerosoles más pequeños en el Norte
La serie temporal de distribución de tamaño muestra que en las latitudes más meridionales 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 proveniente de la espuma marina seca. Debido a que la tierra se concentra en el hemisferio norte, la cantidad de aerosoles pequeños provenientes de incendios y actividades humanas es mayor allí que en el hemisferio sur. En tierra, aparecen parches de aerosoles de gran radio sobre desiertos y regiones áridas, más prominentemente, el desierto del Sahara en el norte de África y la península Arábiga, donde las tormentas de polvo son comunes. Los lugares donde la actividad de incendios naturales o provocados por humanos es común (incendios para desbrozar tierras 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 medida responsable de las áreas de pequeños aerosoles en áreas desarrolladas como el este de Estados Unidos y Europa, especialmente en verano. [70] [ se necesita una mejor fuente ]
Las mediciones satelitales de aerosoles, llamadas espesor óptico 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 esta página, un espesor óptico de menos de 0,1 (amarillo pálido) indica un cielo despejado con máxima visibilidad, mientras que un valor de 1 (marrón rojizo) indica condiciones muy brumosas. [ se necesita una mejor fuente ]
Procesos de deposición
En general, cuanto más pequeña y ligera sea una partícula, más tiempo permanecerá en el aire. Las partículas más grandes (de más de 10 micrómetros de diámetro) tienden a depositarse en el suelo por gravedad en cuestión de horas. Las partículas más pequeñas (de menos de 1 micrómetro) pueden permanecer en la atmósfera durante semanas y en su mayoría son eliminadas por las precipitaciones . Hay evidencia de que los aerosoles pueden "viajar a través del océano". Por ejemplo, en septiembre de 2017, los incendios forestales que ardieron en el oeste de Estados Unidos y Canadá, y se descubrió que el humo había llegado al Reino Unido y al norte de Francia en tres días, como lo muestran las imágenes satelitales. [71] Las partículas de material particulado diésel son más altas cerca de la fuente de emisión. [72] 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.
Los separadores ciclónicos son útiles para eliminar partículas grandes y gruesas y, a menudo, se emplean como primer paso o "prelimpiador" de otros colectores más eficientes. Los separadores ciclónicos bien diseñados pueden ser muy eficientes para eliminar incluso partículas finas [75] y pueden funcionar de forma continua sin necesidad de paradas frecuentes para realizar tareas de mantenimiento. [ cita requerida ]
Los filtros de tela o filtros de mangas son los más comúnmente empleados en la industria en general. [76] Funcionan al forzar 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 a la instalación. Las telas más comunes incluyen poliéster y fibra de vidrio, y los revestimientos de tela más comunes incluyen PTFE (comúnmente conocido como teflón). Luego, el exceso de acumulación de polvo se limpia de las bolsas y se retira del colector.
Una gran cantidad de polvo de construcción emitido y elevado desde un edificio en rehabilitación un sábado por la tarde, Treasure Garden, Tai Po, Hong Kong. El plan de rehabilitación está subvencionado por el gobierno [77] [78] [79] y un contrato como este puede valer hasta cien millones. [80] La gente vive dentro del edificio durante todo el período de las obras de renovación , que suelen durar más de un año, [81] [82] y se puede predecir que la exposición de los residentes al polvo de la construcción es incluso más grave que la exposición ocupacional de los trabajadores. La posible presencia de amianto y polvo de pintura con plomo también es preocupante. Este tipo de obras de rehabilitación son muy comunes (más de 3000 edificios en los primeros 6 años del plan [83] ), especialmente en algunos distritos antiguos. Con una cantidad tan grande de polvo emitido, era obvio que no se estaba rociando agua ni se estaba utilizando un dispositivo de extracción de polvo, lo que era una violación de la ley local. [84]
Los depuradores húmedos hacen pasar el aire sucio a través de una solución depuradora (normalmente una mezcla de agua y otros compuestos) que permite que las partículas se adhieran a las moléculas del líquido. [85] Los precipitadores electrostáticos cargan eléctricamente el aire sucio a medida que pasa a través de ellos. El aire ahora cargado pasa a través de grandes placas electrostáticas que atraen las partículas cargadas en la corriente de aire, las recogen y dejan que el aire ahora limpio se extraiga o recircule. [86]
Medidas
En el caso de la construcción de edificios en general, algunos lugares que han reconocido los posibles riesgos para la salud del polvo de la construcción durante décadas exigen legalmente que el contratista correspondiente adopte medidas eficaces de control del polvo, aunque las inspecciones, las multas y los encarcelamientos son poco frecuentes en los últimos años (por ejemplo, dos procesos judiciales con multas totales de 6000 dólares de Hong Kong en Hong Kong en el año 2021). [87] [88]
Algunas de las medidas obligatorias de control del polvo incluyen [89] [84] [90] [91] cargar, descargar, manipular, transferir, almacenar o desechar cemento o cenizas de combustible pulverizadas secas en un sistema o instalación completamente cerrado, y equipar cualquier ventilación o escape con un filtro de tela eficaz o un sistema o equipo de control de la contaminación del aire equivalente, encerrar el andamio del edificio con pantallas de polvo, utilizar láminas impermeables para encerrar tanto el elevador de material como el conducto de escombros, mojar los escombros con agua antes de arrojarlos a un conducto de escombros, rociar agua sobre la superficie de la fachada antes y durante el trabajo de pulido, utilizar una amoladora equipada con aspiradora para el trabajo de pulido de la fachada, rociar agua continuamente sobre la superficie para cualquier perforación, corte, pulido u otra operación de rotura mecánica neumática o eléctrica que cause emisión de polvo, a menos que exista el funcionamiento de un dispositivo eficaz de extracción y filtrado de polvo, proporcionar vallas de no menos de 2,4 m de altura a lo largo de toda la longitud del límite del sitio, tener pavimento duro en el área abierta y lavar todos los vehículos que salen de los sitios de construcción. Utilización de equipos de riego automático, equipos de lavado automático de vehículos e instalación de sistema de videovigilancia para las instalaciones de control de la contaminación y conservación de los videos durante un mes para futuras inspecciones.
Además de eliminar las partículas de la fuente de contaminación, también se pueden limpiar al aire libre (por ejemplo, torres de smog , paredes de musgo y camiones cisterna), [92] mientras que otras medidas de control emplean el uso de barreras. [93]
Medición
Las partículas se han medido de formas cada vez más sofisticadas desde que se estudió sistemáticamente por primera vez la contaminación del aire a principios del siglo XX. Los primeros métodos incluían gráficos de Ringelmann relativamente rudimentarios , que eran tarjetas sombreadas en gris con las que se podían comparar visualmente las emisiones de las chimeneas, y medidores de depósitos , que recogían el hollín depositado en una ubicación particular para poder pesarlo. Los métodos modernos y automatizados de medición de partículas incluyen fotodetectores ópticos , microbalanzas oscilantes de elementos cónicos y Aethalómetros . [94] Además de medir la masa total de partículas por unidad de volumen de aire (concentración de masa de partículas), a veces es más útil medir el número total de partículas por unidad de volumen de aire (concentración de número de partículas). Esto se puede hacer utilizando un contador de partículas de condensación (CPC). [95] [96]
Para medir la composición atómica de muestras de partículas, se pueden utilizar técnicas como la espectrometría de rayos X. [97]
Efectos climáticos
Los aerosoles tienen un efecto de enfriamiento que es pequeño comparado con el forzamiento radiativo (efecto de calentamiento) de los gases de efecto invernadero. [98]
Los aerosoles atmosféricos afectan el clima de la Tierra modificando la cantidad de radiación solar entrante y de radiación terrestre de onda larga saliente retenida en el sistema terrestre. Esto ocurre a través de varios mecanismos distintos que se dividen en efectos directos, indirectos [99] [100] y semidirectos de los aerosoles. Los efectos climáticos de los aerosoles son la mayor fuente de incertidumbre en las predicciones climáticas futuras. [101] El Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático (IPCC) declaró en 2001: [102]
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 de las estimaciones de estudios de modelos globales que son difíciles de verificar en la actualidad.
Aerosol radiactivo
Espesor óptico global de los aerosoles . La escala de aerosoles (de amarillo a marrón rojizo oscuro) indica la cantidad relativa de partículas que absorben la luz solar.Cantidades promedio mensuales de aerosoles en todo el mundo, observaciones del espectrorradiómetro de imágenes de resolución moderada (MODIS) en el satélite Terra de la NASA.
Directo
Partículas en el aire que provocan tonos naranja, amarillo, rosa y gris en Mumbai durante la puesta de solCiudad italiana contaminada por partículas y detector óptico de aire (láser)
El efecto directo de los aerosoles consiste en cualquier interacción directa de la radiación con los aerosoles atmosféricos, como la absorción o la dispersión. Afecta tanto a la radiación de onda corta como a la de onda larga para producir un forzamiento radiativo negativo neto. [103] La magnitud del forzamiento radiativo resultante debido al efecto directo de un aerosol depende del albedo de la superficie subyacente, ya que este afecta a la cantidad neta de radiación absorbida o dispersada al espacio. Por ejemplo, si un aerosol con alta capacidad de dispersión está por encima de una superficie de bajo albedo, tiene un mayor forzamiento radiativo que si estuviera por encima de una superficie de alto albedo. Lo inverso es cierto en el caso de los aerosoles absorbentes, ya que el mayor forzamiento radiativo surge de un aerosol con alta capacidad de absorción sobre una superficie de alto albedo. [99] El efecto directo de los aerosoles es un efecto de primer orden y, por lo tanto, el IPCC lo clasifica como un forzamiento radiativo . [101] 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 una partícula. El SSA tiende a la unidad si predomina la dispersión, con relativamente poca absorción, y disminuye a medida que aumenta la absorción, llegando a 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. [ cita requerida ]
Indirecto
El efecto indirecto de los aerosoles consiste en cualquier cambio en el balance radiativo de la Tierra debido a la modificación de las nubes por los aerosoles atmosféricos y consta de varios efectos distintos. Las gotitas de las nubes se forman sobre partículas de aerosol preexistentes, conocidas como núcleos de condensación de nubes (CCN). Las gotitas que se condensan alrededor de aerosoles producidos por el hombre, como los que se encuentran en la contaminación por partículas, tienden a ser más pequeñas y más numerosas que las que se forman alrededor de partículas de aerosol de origen natural (como el polvo arrastrado por el viento ). [52]
En cualquier condición meteorológica dada, un aumento en el CCN conduce a un aumento en el número de gotitas en las 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 el efecto albedo de la nube , primer efecto indirecto o efecto Twomey . [100] Se ha observado evidencia que respalda el efecto albedo de la nube a partir de los efectos de las columnas de escape de los barcos [104] y la quema de biomasa [105] en el albedo de las nubes en comparación con las nubes ambientales. El efecto de aerosol del albedo de la nube es un efecto de primer orden y, por lo tanto, está clasificado como un forzamiento radiativo por el IPCC . [101]
Un aumento en el número de gotitas en las nubes debido a la introducción de aerosoles actúa para reducir el tamaño de las gotitas en las nubes, ya que la misma cantidad de agua se divide en más gotitas. Esto tiene el efecto de suprimir la precipitación, aumentando la vida útil de las nubes, conocido como el efecto aerosol de vida útil de las nubes, segundo efecto indirecto o efecto Albrecht. [101] Esto se ha observado como la supresión de la llovizna en las columnas de escape de los barcos en comparación con las nubes ambientales, [106] y la inhibición de la precipitación en las columnas de combustión de biomasa. [107] Este efecto de vida útil de las nubes se clasifica como una retroalimentación climática (en lugar de un forzamiento radiativo) por el IPCC debido a la interdependencia entre este y el ciclo hidrológico. [101] Sin embargo, anteriormente se ha clasificado como un forzamiento radiativo negativo. [108]
Semidirecto
El efecto semidirecto se refiere a cualquier efecto radiativo causado por la absorción de aerosoles atmosféricos como el hollín, aparte de la dispersión y absorción directas, 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 resulta en una menor formación de nubes. [109] Además, el calentamiento de 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 la elevación convectiva de la humedad, [110] lo 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, un aumento del albedo planetario. El efecto semidirecto clasificado como una retroalimentación climática por el IPCC debido a la interdependencia entre él y el ciclo hidrológico. [101] Sin embargo, anteriormente se ha clasificado como un forzamiento radiativo negativo. [108]
Funciones específicas de los aerosoles
Sulfato
Los aerosoles de sulfato son en su mayoría compuestos de azufre inorgánicos como (SO 4 2- ), HSO 4 - y H 2 SO 4 - , [111] que se producen principalmente cuando el dióxido de azufre reacciona con vapor de agua para formar ácido sulfúrico gaseoso y varias sales (a menudo a través de una reacción de oxidación en las nubes ), que luego se cree que experimentan crecimiento higroscópico y coagulación y luego se encogen por evaporación . [112] [113] Algunos de ellos son biogénicos (normalmente producidos a través de reacciones químicas atmosféricas con sulfuro de dimetilo de plancton principalmente marino [114] ) o geológicos a través de volcanes o impulsados por el clima de incendios forestales y otros eventos de combustión natural, [113] pero en las últimas décadas, los aerosoles de sulfato antropogénicos producidos a través de la combustión de combustibles fósiles con un alto contenido de azufre, principalmente carbón y ciertos combustibles menos refinados, como el combustible de aviación y búnker , habían dominado. [115] En 1990, las emisiones globales de azufre a la atmósfera causadas por el hombre se volvieron "al menos tan grandes" como todas las emisiones naturales de compuestos que contienen azufre combinadas , y eran al menos 10 veces más numerosas que los aerosoles naturales en las regiones más contaminadas de Europa y América del Norte, [116] donde representaron el 25% o más de toda la contaminación del aire. [117] Esto condujo a la lluvia ácida , [118] [119] y también contribuyó a las enfermedades cardíacas y pulmonares [117] e incluso al riesgo de parto prematuro y bajo peso al nacer . [120] La contaminación por sulfato también tiene una relación compleja con la contaminación por NOx y el ozono, reduciendo el también dañino ozono troposférico , pero capaz de dañar también la capa de ozono estratosférico. [121]
Los sulfatos estratosféricos provenientes de emisiones volcánicas causan un enfriamiento transitorio; la línea violeta que muestra un enfriamiento sostenido se debe a la contaminación por sulfatos troposféricos.
Una vez que el problema se hizo evidente, los esfuerzos para eliminar esta contaminación mediante medidas de desulfuración de gases de combustión y otros controles de la contaminación tuvieron un gran éxito, [122] reduciendo su prevalencia en un 53% y provocando ahorros en atención sanitaria valorados en 50.000 millones de dólares anuales solo en los Estados Unidos. [123] [117] [124] Sin embargo, casi al mismo tiempo, la investigación había demostrado que los aerosoles de sulfato estaban afectando tanto a la luz visible recibida por la Tierra como a su temperatura superficial , [125] y, a medida que el llamado oscurecimiento global ) comenzó a revertirse en la década de 1990 en consonancia con la reducción de la contaminación antropogénica por sulfatos, [126] [127] [128] el cambio climático se aceleró. [129] A partir de 2021, los modelos CMIP6 de última generación estiman que el enfriamiento total de los aerosoles actualmente presentes es de entre 0,1 °C (0,18 °F) y 0,7 °C (1,3 °F); [130] El Sexto Informe de Evaluación del IPCC utiliza la mejor estimación de 0,5 °C (0,90 °F), [131] con la incertidumbre causada principalmente por la investigación contradictoria sobre los impactos de los aerosoles de las nubes . [132] [133] [134] [135] [136] [137] Sin embargo, algunos están seguros de que enfrían el planeta, y esto llevó a propuestas de geoingeniería solar conocidas como inyección de aerosoles estratosféricos , que busca replicar y mejorar el enfriamiento de la contaminación por sulfato mientras minimiza los efectos negativos sobre la salud mediante el despliegue en la estratosfera , donde solo se necesitaría una fracción de la contaminación actual por azufre para evitar múltiples grados de calentamiento, [138] pero la evaluación de los costos y beneficios sigue siendo incompleta, [139] incluso con cientos de estudios sobre el tema completados a principios de la década de 2020. [140]
Carbono negro
El carbono negro (BC), o carbono negro de carbono, o carbono elemental (EC), a menudo llamado hollín, está compuesto de cúmulos de carbono puro, bolas de esqueleto y fulerenos , y es una de las especies de aerosol absorbentes más importantes en la atmósfera. Debe distinguirse del carbono orgánico (OC): moléculas orgánicas agrupadas o agregadas por sí solas o que permean una bola de EC. El IPCC estima en el Cuarto Informe de Evaluación del IPCC, 4AR, que el carbono negro de los combustibles fósiles contribuye a un forzamiento radiativo medio global de +0,2 W/m 2 (era +0,1 W/m 2 en el Segundo Informe de Evaluación del IPCC, SAR), con un rango de +0,1 a +0,4 W/m 2 . Sin embargo, un estudio publicado en 2013 afirma que "la mejor estimación para el forzamiento radiativo directo del carbono negro atmosférico en la era industrial (1750 a 2005) es de +0,71 W/m2 con límites de incertidumbre del 90% de (+0,08, +1,27) W/m2 " , y que "el forzamiento directo total de todas las fuentes de carbono negro, sin restar el fondo preindustrial, se estima en +0,88 (+0,17, +1,48) W/m2 " . [141]
Instancias
Reducción de la radiación solar debido a las erupciones volcánicas
Los volcanes son una gran fuente natural de aerosoles y se han vinculado a 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 de Huaynaputina en 1600, que se relacionó con la hambruna rusa de 1601-1603 , [142] [143] [144] que provocó la muerte de dos millones de personas, y la erupción del monte Pinatubo en 1991 , que causó un enfriamiento global de aproximadamente 0,5 °C que duró varios años. [145] [146] 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 correlación estrecha. Las simulaciones del efecto de las partículas antropogénicas mostraron poca influencia en los niveles actuales. [147] [148]
También se cree que los aerosoles afectan el tiempo y el clima a escala regional. La falta de monzón de la India se ha relacionado con la supresión de la evaporación del agua del océano Índico debido al efecto semidirecto del aerosol antropogénico. [149]
Estación de medición de la contaminación del aire en Emden , Alemania
El tamaño, la forma y la solubilidad son importantes
Tamaño
El tamaño de las partículas es el principal determinante de en qué parte del tracto respiratorio se asentarán cuando se inhalen. Las partículas más grandes generalmente se filtran en la nariz y la garganta a través de los cilios y la mucosidad, pero las partículas más pequeñas de unos 10 micrómetros pueden depositarse 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 PM en el aire. Debido a su pequeño tamaño, las partículas del orden de 10 micrómetros o menos ( materia particulada gruesa , PM 10 ) pueden penetrar la parte más profunda de los pulmones, como los bronquiolos o los alvéolos . [152] Cuando los asmáticos se exponen a estas condiciones, puede desencadenar broncoconstricción. [153]
De manera similar, las partículas finas ( PM 2,5 ) tienden a penetrar en las regiones de intercambio de gases del pulmón (alvéolos), y las partículas muy pequeñas (partículas ultrafinas PM 0,1 ) pueden pasar a través de los pulmones y afectar a otros órganos. La penetración de las partículas no depende completamente de su tamaño; la forma y la composición química también influyen. 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 . Las partículas torácicas pueden penetrar directamente en los bronquiolos terminales .
Por analogía, la fracción de polvo inhalable es la fracción de polvo que entra por la nariz y la boca y que puede depositarse en cualquier parte del tracto respiratorio. La fracción torácica es la fracción que entra en el tórax y se deposita en las vías respiratorias de los pulmones. La fracción respirable es la que se deposita en las regiones de intercambio de gases (alvéolos). [154]
Las partículas más pequeñas, las nanopartículas , que tienen un tamaño inferior a 180 nanómetros, pueden ser incluso más dañinas para el sistema cardiovascular. [155] [156] 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 partículas de diésel o DPM) suelen tener un tamaño de 100 nanómetros (0,1 micrómetros). Estas partículas de hollín también llevan carcinógenos como los benzopirenos adsorbidos en su superficie.
La masa de partículas no es una medida adecuada del riesgo para la salud. 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, [¿ cuáles? ] con sugerencias de limitar la superficie de las partículas o el recuento de partículas (cantidad numérica) / concentración de número de partículas (PNC) en su lugar. [157] [158]
Solubilidad
El lugar y el grado de absorción de los gases y vapores inhalados están determinados por su solubilidad en agua. La absorción también depende de los caudales 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 se encuentre (aerosol o partículas). La inhalación también depende de la frecuencia respiratoria del sujeto. [159]
Forma
Otra complejidad que no está del todo documentada es cómo la forma de las partículas en suspensión puede afectar a la salud, a excepción de la forma en forma de aguja de las fibras de amianto que pueden alojarse en los pulmones. Las formas geométricamente angulares tienen más superficie que las formas más redondeadas, lo que a su vez afecta a la capacidad de unión de la partícula con otras sustancias posiblemente más peligrosas. [ cita requerida ] La siguiente tabla enumera los colores y formas de algunas partículas atmosféricas comunes: [160]
Microscopía electrónica de barrido de partículas
Microscopía electrónica de barrido de polvo de vidrio procedente de botellas de vidrio
Microscopía electrónica de barrido del cemento
Microscopía electrónica de barrido de polvo de vidrio de mortero (10%) que parece tener una estructura similar a la de las fibras
Microscopía electrónica de barrido de amianto blanco con fibras en forma de aguja
La composición, la cantidad y la duración son importantes.
Trabajador en una nube de polvo de hormigón
La composición de las partículas puede variar mucho según sus fuentes y cómo se producen. Por ejemplo, el polvo emitido por la quema de vegetación viva y muerta sería diferente del emitido por la quema de papel de incienso o desechos de construcción . Las partículas emitidas por la combustión de combustible no son las mismas que las emitidas por la combustión de desechos. La materia particulada generada por el incendio de un patio de reciclaje [161] o un barco lleno de chatarra [162] [163] puede contener más sustancias tóxicas que otros tipos de combustión.
Los diferentes tipos de actividades de remodelación de edificios también producen diferentes tipos de polvo. La composición de PM generada al cortar o mezclar hormigón hecho con cemento Portland sería diferente de la generada al cortar o mezclar hormigón hecho con diferentes tipos de escoria (por ejemplo , GGBFS , escoria de EAF [164] ), cenizas volantes o incluso polvo de EAF (EAFD), [165] mientras que el EFAD, la escoria y las cenizas volantes probablemente sean más tóxicas ya que contienen metales pesados . Además del cemento de escoria que se vende y se usa como un producto respetuoso con el medio ambiente, [166] [167] [168] el cemento falso (adulterado), donde se añaden diferentes tipos de escoria, cenizas volantes u otras sustancias desconocidas, también es muy común en algunos lugares [169] [170] debido al coste de producción mucho menor. [171] Para abordar los problemas de calidad [172] y toxicidad, algunos lugares están empezando a prohibir el uso de escoria de EAF en el cemento utilizado en edificios. [173] La composición de los humos de soldadura también varía mucho y depende de los metales en el material que se está soldando, la composición de los recubrimientos, electrodos, etc., y por lo tanto, muchos problemas de salud (por ejemplo, envenenamiento por plomo , fiebre por humos metálicos , cánceres, náuseas, irritación, daño renal y hepático, problemas del sistema nervioso central, asma, neumonía, etc.) pueden ser resultado de los diferentes tipos de emisiones tóxicas. [174]
Los estudios han demostrado que los niveles de plomo en la sangre de las personas en China están altamente correlacionados con la concentración ambiental de PM 2,5 , así como con el contenido de plomo en la capa superficial del suelo, lo que indica que el aire y el suelo (por ejemplo, por la inhalación de partículas de suelo resuspendidas, el consumo de cultivos o agua contaminados, etc.) son fuentes importantes de exposición al plomo. [175] [176]
Además de la composición, la cantidad y la duración de la exposición también son importantes, ya que afectarían al desencadenamiento y la gravedad de una enfermedad. Las partículas que ingresan al interior afectarían directamente la calidad del aire interior . La posible contaminación secundaria, similar al humo de tercera mano , también es motivo de preocupación. [177] [178]
En pocas palabras, si bien la concentración de fondo es importante, la mera "mejora de la calidad del aire" o la "disminución de la concentración ambiental de PM" no necesariamente significan una mejor salud. El impacto en la salud depende principalmente de la toxicidad (o fuente [179] ) de las partículas a las que está expuesta una persona, la cantidad a la que está expuesta y durante cuánto tiempo, y también del tamaño, la forma y la solubilidad de las PM.
Dado que los proyectos de construcción y remodelación son fuentes importantes de material particulado, esto implica que tales proyectos, que son muy comunes en algunos lugares, [180] [181] deben evitarse en los centros de salud que ya han comenzado y están en funcionamiento en la medida de lo posible. Para los proyectos inevitables, se deben introducir mejores planificaciones y medidas de mitigación con respecto a la emisión de PM. El uso de herramientas eléctricas, equipos pesados, combustibles diésel y materiales de construcción potencialmente tóxicos (por ejemplo, hormigón , metales, soldadura , pintura, etc.) debe controlarse estrictamente para garantizar que los pacientes que están allí buscando tratamientos para enfermedades o posibilidades de sobrevivir no se vean afectados negativamente.
Problemas de salud
Muertes por contaminación del aire en comparación con otras causas comunesInformación sobre la calidad del aire en PM 10 mostrada en Katowice , Polonia
Los efectos de la inhalación de material particulado que se han estudiado ampliamente en humanos y animales incluyen COVID-19 , [182] [183] [184] [185] [186] asma , cáncer de pulmón, enfermedades respiratorias como la silicosis , [187] [188] enfermedad cardiovascular, parto prematuro , defectos de nacimiento, bajo peso al nacer , trastornos del desarrollo, [189] [190] [191] [192] trastornos neurodegenerativos [193] [194] trastornos mentales, [195] [196] [197] y muerte prematura. Las partículas finas al aire libre con un diámetro inferior a 2,5 micrones son responsables de 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 la convierte en el quinto factor de riesgo principal de muerte. La contaminación del aire también se ha relacionado con una variedad de otros problemas psicosociales. [196] Las partículas pueden causar daño tisular al entrar en los órganos directamente o indirectamente a través de una inflamación sistémica . Pueden producirse efectos adversos incluso con niveles de exposición inferiores a los estándares de calidad del aire publicados que se consideran seguros. [198] [199]
Partículas finas antropogénicas como principal peligro
El aumento de los niveles de partículas finas en el aire como resultado de la contaminación atmosférica por partículas antropogénicas "se relaciona de forma consistente e independiente con los efectos más graves, incluido el cáncer de pulmón [200] y otras muertes cardiopulmonares ". [201] La asociación entre un gran número de muertes [202] y otros problemas de salud y la contaminación por partículas se demostró por primera vez a principios de la década de 1970 [203] y se ha reproducido muchas veces desde entonces. Se estima que la contaminación por PM causa entre 22 000 y 52 000 muertes al año en los Estados Unidos (desde 2000) [204] y contribuyó a unas 370 000 muertes prematuras en Europa durante 2005. [205] y 3,22 millones de muertes a nivel mundial en 2010 según la colaboración sobre la carga mundial de enfermedades . [206] Un estudio de la Agencia Europea del 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. [207]
En un estudio realizado en 2000 en Estados Unidos se analizó cómo las partículas finas pueden ser más dañinas que las gruesas. El estudio se basó en seis ciudades diferentes y se descubrió que las muertes y las visitas al hospital causadas por partículas en el aire se debían principalmente a partículas finas. [208] De manera similar, un estudio de 1987 sobre datos de contaminación del aire en Estados Unidos descubrió que las partículas finas y los sulfatos, a diferencia de las partículas más gruesas, se correlacionaban de manera más consistente y significativa con las tasas de mortalidad anual total en áreas estadísticas metropolitanas estándar . [209]
Un estudio publicado en 2022 en GeoHealth concluyó que eliminar las emisiones de combustibles fósiles relacionadas con la energía en los Estados Unidos evitaría entre 46.900 y 59.400 muertes prematuras cada año y proporcionaría entre 537.000 y 678.000 millones de dólares en beneficios por evitar enfermedades y muertes relacionadas con PM 2,5 . [210]
Infertilidad, embarazo, fetos y defectos de nacimiento
Se ha relacionado la exposición a partículas con mayores tasas de infertilidad. [211] La exposición materna a PM 2,5 durante el embarazo también se asocia con presión arterial alta en los niños. [212]
La inhalación de PM 2,5 a PM 10 se asocia con un riesgo elevado de resultados adversos del embarazo, como bajo peso al nacer. [ 213] La exposición a PM 2,5 se ha asociado con mayores reducciones en el peso al nacer que la exposición a PM 10. [214] La exposición a PM puede causar inflamación, estrés oxidativo, alteración endocrina y deterioro del acceso del transporte de oxígeno a la placenta, [215] todos los cuales son mecanismos para aumentar el riesgo de bajo peso al nacer. [216] 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). [214] Los estudios que investigan la importancia de la exposición específica del trimestre han demostrado ser poco concluyentes, [217] y los resultados de los estudios internacionales han sido inconsistentes al establecer asociaciones entre la exposición prenatal a material particulado y el bajo peso al nacer. [214] Dado que los resultados perinatales se han asociado con la salud de por vida [218] [219] y la exposición a partículas en suspensión es generalizada, esta cuestión es de importancia crítica para la salud pública.
Enfermedades cardiovasculares y respiratorias
PM 2.5 conduce a altos depósitos de placa en las arterias , causando inflamación vascular y aterosclerosis , un endurecimiento de las arterias que reduce la elasticidad, lo que puede provocar ataques cardíacos y otros problemas cardiovasculares . [220] Un metaanálisis de 2014 informó que la exposición a largo plazo a material particulado está relacionada con eventos coronarios. El estudio incluyó 11 cohortes que participaron en el Estudio Europeo de Cohortes para 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 3 se relacionó con un aumento del 13% en el riesgo de ataques cardíacos. [221] No solo afecta a las células y tejidos humanos, PM también impacta en las bacterias que causan enfermedades en los humanos. [222] La formación de biopelículas , la tolerancia a los antibióticos y la colonización tanto de Staphylococcus aureus como de Streptococcus pneumoniae se alteraron por la exposición al carbono negro .
El estudio más grande de Estados Unidos sobre los efectos agudos para 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 las admisiones hospitalarias por enfermedades cardiovasculares, pero ninguna evidencia de una asociación con el número de admisiones hospitalarias por enfermedades respiratorias. [223] Después de tener en cuenta los niveles de partículas finas (PM 2,5 y menos), la asociación con las 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 gubernamental de Mongolia registró un aumento del 45% en la tasa de enfermedades respiratorias en los últimos cinco años (según se informó en 2011). [224] El asma bronquial, la enfermedad pulmonar obstructiva crónica y la neumonía intersticial fueron las enfermedades más comunes tratadas por los hospitales de la zona. Los niveles de muerte prematura, bronquitis crónica y enfermedades cardiovasculares están aumentando a un ritmo rápido. [69]
Riesgos cognitivos y salud mental
Los efectos de la contaminación del aire y de las partículas en suspensión sobre el rendimiento cognitivo se han convertido en un área activa de investigación. [225]
La contaminación del aire puede aumentar el riesgo de trastornos del desarrollo (p. ej., autismo ), [189] [190] [191] [192] trastornos neurodegenerativos, [193] [194] trastornos mentales, [195] [196 ] [197] y suicidio , [195] [197] [226] aunque los estudios sobre el vínculo entre la depresión y algunos contaminantes del aire no son consistentes. [227] Al menos un estudio ha identificado "la abundante presencia en el cerebro humano de nanopartículas de magnetita que coinciden precisamente con las nanoesferas de magnetita de alta temperatura, formadas por combustión y/o calentamiento derivado de la fricción, que son prolíficas en la materia particulada (PM) urbana transportada por el aire". [228]
Las partículas también parecen tener un papel en la patogénesis de la enfermedad de Alzheimer y el envejecimiento prematuro del cerebro. Cada vez hay más pruebas que sugieren una correlación entre la exposición a PM 2,5 y la prevalencia de enfermedades neurodegenerativas como el Alzheimer. Varios estudios epidemiológicos han sugerido un vínculo entre la exposición a PM 2,5 y el deterioro cognitivo, en particular en el desarrollo de enfermedades neurodegenerativas como el Alzheimer.
Utilizando técnicas de análisis geoespacial, "los investigadores financiados por el NIEHS pudieron confirmar una fuerte asociación entre los casos de enfermedad de Parkinson y las partículas finas (conocidas como PM 2.5 ) en los EE. UU. En el estudio, las regiones del país con una alta tasa de enfermedad de Parkinson se asociaron generalmente con niveles más altos de PM 2.5 , cuyas fuentes incluyen vehículos de motor, incendios forestales y plantas de energía". [229] Si bien los mecanismos exactos detrás del vínculo entre la exposición a PM 2.5 y el deterioro cognitivo no se comprenden completamente, la investigación sugiere que las partículas finas pueden ingresar al cerebro a través del nervio olfativo y causar inflamación y estrés oxidativo, lo que puede dañar las células cerebrales y contribuir al desarrollo de enfermedades neurodegenerativas. [230]
Aumento de la mortalidad
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 enfermedades cardiopulmonares, 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". [231] Un estudio de 2011 concluyó que los gases de escape del tráfico son la causa evitable más grave de ataque cardíaco en la población general, la causa del 7,4% de todos los ataques. [232]
Los estudios sobre partículas en suspensión realizados en Bangkok (Tailandia) en 2008 indicaron un aumento del 1,9% en el riesgo de morir de enfermedades cardiovasculares y del 1,0% en el riesgo de sufrir cualquier enfermedad por cada 10 microgramos por metro cúbico. Los niveles promedio fueron de 65 en 1996, 68 en 2002 y 52 en 2004. La disminución de los niveles puede atribuirse a la conversión de la combustión de diésel a gas natural, así como a una mejora de las reglamentaciones. [233]
Disparidades raciales
Se han realizado muchos estudios que vinculan la raza con una mayor proximidad a las partículas en suspensión y, por lo tanto, con una mayor susceptibilidad a los efectos adversos para la salud de la exposición a largo plazo. Un estudio estadounidense mostró que "la proporción de residentes negros en una zona residencial estaba vinculada a tasas más altas de asma". [234] Muchos académicos vinculan esta desproporción con la segregación racial en la vivienda y sus respectivas desigualdades en "exposiciones tóxicas". [234] Esta realidad se agrava por el hallazgo de que "la atención sanitaria se produce en el contexto de una desigualdad social y económica histórica y contemporánea más amplia y una discriminación racial y étnica persistente en muchos sectores de la vida estadounidense". [235] La proximidad residencial a instalaciones que emiten partículas aumenta la exposición a PM 2,5, lo que está vinculado a mayores tasas de morbilidad y mortalidad. [236] Múltiples estudios confirman que la carga de emisiones de PM es mayor entre las poblaciones no blancas y en situación de pobreza, [236] aunque algunos dicen que los ingresos no impulsan estas diferencias. [237] Esta correlación entre la raza y las repercusiones para la salud relacionadas con la vivienda se deriva de un problema de justicia ambiental de larga data vinculado a la práctica histórica de la segregación residencial. Un ejemplo de estos factores contextualizados es una zona del sureste de Luisiana, conocida coloquialmente como " Cancer Alley " por su alta concentración de muertes relacionadas con el cáncer debido a las plantas químicas vecinas. [238] El hecho de que Cancer Alley sea una comunidad mayoritariamente afroamericana, y que el vecindario más cercano a la planta sea 90% negro, [238] perpetúa la narrativa científica de que las poblaciones negras están ubicadas desproporcionadamente más cerca de las áreas de alta producción de PM que las poblaciones blancas. Un artículo de 2020 relaciona los efectos a largo plazo sobre la salud de vivir en altas concentraciones de PM con un mayor riesgo, propagación y tasas de mortalidad por el SARS-CoV-2 o COVID-19 , y culpa a una historia de racismo por este resultado. [238]
Riesgo de humo por incendios forestales
En las regiones donde los incendios forestales son persistentes, el riesgo de exposición a partículas aumenta. 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. [239] Se encontró que en la temporada de incendios forestales de 2008 en California, las partículas en suspensión eran mucho más tóxicas para los pulmones humanos, ya que se observó un mayor infiltrado de neutrófilos , afluencia de células y edema en comparación con las partículas en suspensión del aire ambiente. [240] Además, las partículas en suspensión de los incendios forestales se han relacionado con un factor desencadenante de eventos coronarios agudos, como la cardiopatía isquémica. [241] Los incendios forestales también se han asociado con un aumento de las visitas a los servicios de urgencias debido a la exposición a partículas en suspensión, así como con un mayor riesgo de eventos relacionados con el asma. [242] [243] Se ha descubierto un vínculo entre las PM 2,5 de los incendios forestales y un mayor riesgo de hospitalizaciones por enfermedades cardiopulmonares. [244] La evidencia también sugiere que el humo de los incendios forestales reduce el rendimiento mental. [245]
Conocimientos de la industria energética y respuesta a los efectos adversos para la salud
Las muertes causadas por accidentes y contaminación del aire derivadas del uso de combustibles fósiles en las centrales eléctricas superan a las causadas por la producción de energía renovable . [246]
Las grandes compañías energéticas comprendían, al menos desde los años 1960, que el uso de sus productos causaba efectos adversos generalizados para la salud y muertes, pero continuaron con su agresivo cabildeo político en Estados Unidos y en otros países contra la regulación del aire limpio y lanzaron importantes campañas de propaganda corporativa para sembrar dudas sobre el vínculo causal entre la quema de combustibles fósiles y los grandes riesgos para la vida humana. Los memorandos internos de las empresas 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 aloja toxinas, incluidos carcinógenos , "profundamente en los pulmones que de otro modo se eliminarían por la garganta". [247]
En respuesta a la creciente preocupación pública, la industria acabó creando la Coalición Mundial por el Clima , un grupo de presión 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 dicha regulación. El Instituto Americano del Petróleo , una asociación comercial de la industria del petróleo y el gas, y el centro de estudios privado negacionista del cambio climático , The Heartland Institute , emprendieron esfuerzos similares de cabildeo y relaciones públicas corporativas. "La respuesta de los intereses de los combustibles fósiles ha seguido el mismo esquema: primero saben, luego traman, luego niegan y luego demoran. Han recurrido a la demora, formas sutiles de propaganda y al debilitamiento de la regulación", dijo Geoffrey Supran, un investigador de la Universidad de Harvard sobre la historia de las empresas 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 el tabaquismo y el cáncer y para impedir 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 mostraban los efectos mortales de la contaminación del aire y revocaron su regulación. [247] [248] [249]
Efectos sobre la vegetación
Las partículas en suspensión pueden obstruir las aberturas estomáticas de las plantas e interferir con las funciones de la fotosíntesis. [250] De esta manera, las altas concentraciones de partículas en suspensión en la atmósfera pueden provocar retraso del crecimiento o mortalidad en algunas especies de plantas. [ cita requerida ]
Regulación
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. El IARC y la OMS designan a las partículas como un carcinógeno del Grupo 1. Las partículas son la forma más mortal de contaminación del aire debido a su capacidad de penetrar profundamente en los pulmones y el torrente sanguíneo sin filtrar, causando enfermedades respiratorias , ataques cardíacos y muerte prematura . [251] En 2013, el estudio ESCAPE que involucró a 312.944 personas en nueve países europeos reveló que no había un nivel seguro de partículas y que por cada aumento de 10 μg/m 3 en PM 10 , la tasa de cáncer de pulmón aumentaba un 22%. Para PM 2,5 hubo un aumento del 36% en el cáncer de pulmón por cada 10 μg/m 3 . [200] En un metanálisis de 2014 de 18 estudios a nivel mundial, incluidos los datos de ESCAPE, por cada aumento de 10 μg/m 3 en PM 2,5 , la tasa de cáncer de pulmón aumentó un 9%. [252]
Límites/normas establecidas por los gobiernos
Canadá
En Canadá, el estándar para las partículas en suspensión lo establece a nivel nacional el Consejo Canadiense de Ministros de Medio Ambiente (CCME), organismo federal y provincial. Las jurisdicciones (provincias y territorios) pueden establecer estándares más estrictos. El estándar del CCME para las partículas en suspensión de 2,5 (PM 2,5 ) a partir de 2015 es de 28 μg/m 3 (calculado utilizando el promedio de 3 años del percentil 98 anual de las concentraciones promedio diarias de 24 horas) y 10 μg/m 3 (promedio de 3 años de la media anual). Los estándares para PM 2,5 aumentarán en rigurosidad en 2020. [266]
Para mitigar el problema de la quema de leña, a partir de mayo de 2021 ya no se podrá vender el carbón doméstico tradicional (carbón bituminoso) ni la madera húmeda, dos de los combustibles más contaminantes. La madera vendida en volúmenes inferiores a 2 m3 debe estar certificada como "Ready to Burn", lo que significa que tiene un contenido de humedad del 20% o menos. Los combustibles sólidos manufacturados también deben estar certificados como "Ready to Burn" para garantizar que cumplen los límites de emisión de azufre y humo. [267] A partir de enero de 2022, todas las nuevas estufas de leña deben cumplir con las nuevas normas de EcoDesign (las estufas de Ecodesign producen 450 veces más contaminación atmosférica tóxica que la calefacción central de gas. Las estufas más antiguas, cuya venta está prohibida ahora, producen 3.700 veces más). [268]
En 2023, la cantidad de humo que pueden emitir por hora los quemadores en las "áreas de control del humo" (la mayoría de las ciudades y pueblos de Inglaterra) se reducirá de 5 g a 3 g. Las infracciones se sancionarán con una multa de hasta 300 libras esterlinas. Quienes no cumplan pueden incluso quedar con antecedentes penales. [269]
Estados Unidos
Tendencias de la calidad del aire en Estados Unidos. El área azul muestra el rango del 80% medio de los sitios de monitoreo. [270]
Tendencias de la calidad del aire en el oeste de Estados Unidos. El área azul muestra el rango del 80 % central de los sitios de monitoreo.
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 . [271] DTSC está ejerciendo su autoridad bajo el Código de Salud y Seguridad de California, Capítulo 699, secciones 57018-57020. [272] Estas secciones se agregaron como resultado de la adopción del Proyecto de Ley de la Asamblea AB 289 (2006). [272] Tienen como objetivo hacer que la información sobre el destino y el transporte, la detección y el análisis, y otra información sobre los productos químicos sea más disponible. La ley coloca la responsabilidad de proporcionar esta información al departamento en aquellos que fabrican o importan los productos químicos.
El 22 de enero de 2009, se envió una carta de solicitud de información formal [273] a los fabricantes que producen o importan nanotubos de carbono en California, o que pueden exportar nanotubos de carbono al Estado. [274] Esta carta constituye la primera implementación formal de las facultades que establece la ley AB 289 y está dirigida a los fabricantes de nanotubos de carbono, tanto industriales como académicos dentro del Estado, y a los fabricantes fuera de California que exportan nanotubos de carbono a California. Los fabricantes deben satisfacer esta solicitud de información en el plazo de un año. El DTSC está esperando la próxima fecha límite del 22 de enero de 2010 para recibir las respuestas a la solicitud de datos.
El 16 de noviembre de 2009, la Red de la Industria Nano de California y el DTSC organizaron un simposio de un día completo en Sacramento (California). Este simposio brindó la oportunidad de escuchar a expertos de la industria de la nanotecnología y debatir las futuras consideraciones regulatorias en California. [275]
DTSC está ampliando la convocatoria de información química específica a los miembros de los óxidos nanometálicos; la información más reciente se puede encontrar en su sitio web. [276]
Colorado
Tendencias de la calidad del aire en el suroeste de Estados Unidos. El área azul muestra el rango del 80 % central de los sitios de monitoreo.
Los puntos clave del Plan de Colorado incluyen la reducción de los niveles de emisiones y las soluciones por sector. La agricultura, el transporte, la electricidad ecológica y la investigación sobre energías renovables son los conceptos y objetivos principales de este plan. Los programas políticos como las pruebas obligatorias de emisiones de vehículos y la prohibición de fumar en espacios cerrados son acciones adoptadas por el gobierno local para crear conciencia y participación pública en favor de un aire más limpio. La ubicación de Denver junto a las Montañas Rocosas y una amplia extensión de llanuras hace que el área metropolitana de la capital de Colorado sea un lugar propenso a la contaminación atmosférica y al smog. [ cita requerida ]
Zonas afectadas
Diferencia entre los niveles de PM 2,5 en el aire en 2019 y 2022 entre 70 capitales [277]
Para analizar la tendencia de la contaminación del aire, los expertos en aire mapearon 480 ciudades de todo el mundo (excluida Ucrania) [277] para calcular el nivel promedio de PM 2,5 de los primeros nueve meses de 2019 en comparación con el de 2022. [278] Los niveles promedio de PM 2,5 se midieron utilizando los datos del Índice de calidad del aire mundial de aqicn.org, y se utilizó una fórmula desarrollada por AirNow para convertir la cifra de PM 2,5 en microgramos por metro cúbico de aire (microgramos/metros 3) valores.
Entre las 70 capitales investigadas, Bagdad , Irak, es la que tiene el peor desempeño, con niveles de PM 2.5 que subieron +31.6 .microgramos/metros 3 . Ulan Bator (Ulaanbaatar), la capital de Mongolia, es la que tiene el mejor desempeño, con niveles de PM 2.5 cayendo un -23.4 microgramos/metros 3Anteriormente era una de las capitales más contaminadas del mundo. Un plan de mejora de la calidad del aire en 2017 parece estar dando resultados positivos .
De las 480 ciudades, Dammam en Arabia Saudita es la que tiene el peor desempeño, con niveles de PM 2.5 aumentando +111.1 .microgramos/metros 3La ciudad es un importante centro de la industria petrolera saudí y alberga el aeropuerto más grande del mundo y el puerto más grande del Golfo Pérsico. Actualmente es la ciudad más contaminada de las que se han estudiado .
En Europa, las ciudades con peores resultados se encuentran en España. Se trata de Salamanca y Palma , con un aumento de los niveles de PM 2,5 del +5,1 microgramos/metros 3 y +3,7 microgramos/metros 3 respectivamente. La ciudad con mejor desempeño es Skopje , la capital de Macedonia del Norte, con niveles de PM 2.5 que cayeron un -12.4 microgramos/metros 3 . Alguna vez fue la capital más contaminada de Europa y aún tiene un largo camino por recorrer para lograr un aire limpio.
En EE. UU., Salt Lake City , Utah y Miami , Florida son las dos ciudades con los mayores aumentos en el nivel de PM 2,5 (+1,8 microgramos/metros 3 ). Salt Lake City sufre un fenómeno meteorológico conocido como "inversión". Ubicada en un valle, el aire más frío y contaminado queda atrapado cerca del nivel del suelo debajo del aire más cálido que se encuentra arriba cuando se produce la inversión. Por otro lado, Omaha , Nebraska, es la que tiene el mejor desempeño y tiene una disminución de -1.1 microgramos/metros 3 en niveles de PM 2.5 .
La ciudad más limpia en este informe es Zúrich , Suiza, con niveles de PM 2,5 de solo 0,5 .microgramos/metros 3, ocupó el primer lugar tanto en 2019 como en 2022. La segunda ciudad más limpia es Perth , con 1,7 microgramos/metros 3 y los niveles de PM 2.5 bajan un -6.2 microgramos/metros 3 desde 2019. De las diez ciudades más limpias, cinco son de Australia . Son Hobart, Wollongong, Launceston, Sydney y Perth. Honolulu es la única ciudad estadounidense en la lista de las diez mejores, ocupando el décimo lugar con niveles de 4 microgramos/metros 3 , con un pequeño aumento desde 2019.
Casi todas las diez ciudades más contaminadas se encuentran en Oriente Medio y Asia. La peor es Dammam, en Arabia Saudita, con un nivel de PM 2,5 de 155 .microgramos/metros 3Lahore en Pakistán es el segundo peor con 98,1microgramos/metros 3 . La tercera es Dubái , donde se encuentra el edificio más alto del mundo. Entre las diez últimas se encuentran tres ciudades de la India : Muzaffarnagar, Delhi y Nueva Delhi. A continuación, se incluye una lista de las 30 ciudades más contaminadas por PM 2,5 , de enero a septiembre de 2022: [277]
La encuesta anterior tiene sus límites. Por ejemplo, no se abarcan todas las ciudades del mundo y el número de estaciones de monitoreo para cada ciudad no sería el mismo. Los datos son solo de referencia.
Australia
La contaminación por PM10 en las zonas de extracción de carbón de Australia, como el valle de Latrobe en Victoria y la región de Hunter en Nueva Gales del Sur, aumentó significativamente entre 2004 y 2014. Aunque el aumento no contribuyó significativamente a las estadísticas de incumplimiento, la tasa de aumento ha aumentado cada año entre 2010 y 2014. [279]
Porcelana
Algunas ciudades del norte de China y el sur de Asia han tenido concentraciones superiores a 200 μg/m 3 . [280] Los niveles de PM en las ciudades chinas fueron extremos entre 2010 y 2014, alcanzando un máximo histórico en Beijing el 12 de enero de 2013, de 993 μg/m 3 , [69] pero han estado mejorando gracias a las acciones de aire limpio. [281] [282]
Para monitorear la calidad del aire del sur de China, el Consulado de EE. UU. en Guangzhou instaló un monitor de PM 2,5 y PM 10 en la isla Shamian en Guangzhou y muestra las lecturas en su sitio web oficial y plataformas sociales. [283]
Europa
Concentración de PM 10 [205] en Europa, 2005
Italia
Concentración de PM 2,5 (Índice Europeo de Calidad del Aire) durante una franja horaria en una ciudad de Italia 2019-2020
Corea del Sur
En 2017, Corea del Sur tenía la peor contaminación del aire entre las naciones desarrolladas de la OCDE (Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económicos). [284] Según un estudio realizado por la NASA y el NIER , el 52% de las PM 2,5 medidas en el Parque Olímpico de Seúl en mayo y junio de 2016 procedían de emisiones locales. El resto era contaminación transfronteriza procedente de la provincia china de Shandong (22%), Corea del Norte (9%), Pekín (7%), Shanghái (5%) y un 5% combinado de la provincia china de Liaoning, Japón y el Mar del Oeste. [285] En diciembre de 2017, los ministros de medio ambiente de Corea del Sur y China firmaron el Plan de Cooperación Ambiental China-Corea (2018-22), un plan de cinco años para resolver conjuntamente los problemas del aire, el agua, el suelo y los residuos. También se puso en marcha un centro de cooperación medioambiental en 2018 para ayudar a la cooperación. [286]
Tailandia
La calidad del aire en Tailandia está empeorando en 2023, lo que se describe como una "situación de vuelta a la normalidad post-COVID". Además de la capital , Bangkok , la calidad del aire en Chiang Mai , un popular destino turístico, también se está deteriorando. Chiang Mai fue incluida como la ciudad más contaminada en una clasificación en vivo realizada por una empresa suiza de calidad del aire el 27 de marzo de 2023. La clasificación incluye datos de alrededor de 100 ciudades del mundo para las que se dispone de datos medidos de PM 2,5 . [287] [288]
Ulán Bator
La capital de Mongolia , Ulaanbaatar, tiene una temperatura media anual de unos 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 procedentes de tres plantas de cogeneración. 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. [ cita requerida ]
El 60% restante de la población vive en barrios marginales (distritos Ger), que se han desarrollado debido a la nueva economía de mercado del país y a las estaciones de invierno muy frías. Los pobres de estos distritos cocinan y calientan sus casas de madera con estufas de interior 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 en suspensión y material particulado (PM). [69]
Se han registrado concentraciones medias anuales estacionales de material particulado de hasta 279 μg/m 3 (microgramos por metro cúbico). [ cita requerida ] El nivel medio anual recomendado de PM 10 por la Organización Mundial de la Salud es de 20 μg/m 3 , [289] lo que significa que los niveles medios anuales de PM 10 de Ulaanbaatar son 14 veces superiores a los recomendados. [ cita requerida ]
Durante los meses de invierno, en particular, la contaminación del aire oscurece el aire, afectando la visibilidad en la ciudad hasta tal punto que en algunas ocasiones se impide a los aviones aterrizar en el aeropuerto. [290]
Además de las emisiones de las chimeneas, otra fuente que no se tiene en cuenta 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 recogido en los tanques de sedimentación. Los estanques de cenizas sufren una erosión continua por el viento durante el invierno. [291]
Estados Unidos
Condados de EE. UU. que violan los estándares nacionales de PM 2.5 , junio de 2018
Condados de EE. UU. que violan los estándares nacionales de PM10 , junio de 2018
Del informe "Estado del Aire 2022" elaborado por la Asociación Estadounidense del Pulmón con datos de la Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos de 2018 a 2020, [292] las ciudades de California son las más contaminadas (por PM 2,5 ) de Estados Unidos, mientras que la Costa Este es más limpia.
Sin embargo, otro estudio ha llegado a una conclusión muy diferente. Según Forbes, un sitio de comparación de seguros de viaje InsureMyTrip realizó una encuesta de 50 ciudades de EE. UU. en 2020 y las clasificó por limpieza con criterios como la demanda de desinfectante para manos, la limpieza de los restaurantes, la cantidad de recolectores de reciclaje, la satisfacción con la eliminación de basura, la participación de mercado de vehículos eléctricos y la contaminación. [293] En su lista de las diez ciudades más limpias, siete son de California, incluidas Long Beach (n.º 1), San Diego (n.º 2), Sacramento (n.º 3), San José (n.º 6), Oakland (n.º 7), Bakersfield (n.º 9) y San Francisco (n.º 10). Las discrepancias pueden deberse a las diferencias en la elección de datos, los métodos de cálculo, las definiciones de "limpieza" y una gran variación de la calidad del aire en el mismo estado, etc. Esto demuestra nuevamente que uno debe ser muy cuidadoso al sacar conclusiones de las muchas clasificaciones de calidad del aire disponibles en Internet.
A mediados de 2023, la calidad del aire en el este de Estados Unidos disminuyó significativamente debido a que las partículas de los incendios forestales de Canadá se dispersaron. Según la NASA, algunos de los incendios fueron provocados por rayos . [294] [12]
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^ Límite de PM 10 desde el 4 de diciembre de 2006
^ Límite de PM 2,5 desde el 27 de marzo de 2018
^ límite anual desde 2024
^ límite diario desde 2007
^ límite anual eliminado en 2006
^ límite diario desde 1987 [264]
^ Promedio de 3 años del percentil 98 anual
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External links
Control
Control of dust from construction and demolition activities
Controlling construction dust with on-tool extraction (4 page PDF with photos)
Beware of dust - Hilti Canada | Dust control - Hilti Hong Kong
What is Local Exhaust Ventilation (LEV)?
Welding fume: protect your workers
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Others
NASA's Earth Minute: My Name is Aerosol
SARS-CoV-2 Aerosol Mechanisms, The Aerosol Society
Current global map of PM1 distribution | Current global map of PM1 and PM2.5 distribution | Current global map of PM1, PM2.5 and PM10 distribution
Current global map of the aerosol optical thickness of organic matter in green light
Real time air quality | About
Air quality map | About
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