Aerosol
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En ingeniería ambiental, se denomina aerosol a una mezcla heterogénea de partículas solidas o líquidas suspendidas en un gas. El término aerosol se refiere tanto a las partículas como al gas en el que las partículas están suspendidas. El tamaño de las partículas puede ser desde 0,002 µm a más de 100 µm, esto es, desde unas pocas moléculas hasta el tamaño en el que dichas partículas no pueden permanecer suspendidas en el gas al menos durante unas horas.[1]
La notación PM (del inglés particulate matter, materia particulada) se utiliza para referirse a las partículas suspendidas que forman parte del aerosol. La notación PM10 se refiere a las partículas que pasan a través de un cabezal de tamaño selectivo para un diámetro aerodinámico de 10 μm con una eficiencia de corte del 50%, mientras para que PM2,5 representa partículas de menos de 2,5 µm de diámetro aerodinámico.[2] De forma análoga pueden utilizarse otros valores numéricos.
Origen y composición
Los aerosoles atmosféricos pueden ser originados de forma natural o antropogénica. Algunas de estas partículas son emitidas directamente a la atmósfera (emisiones primarias) y otras son emitidas como gases que al reaccionar forman partículas en la atmósfera (emisiones secundarias). La composición de las partículas de un aerosol depende de la fuente donde son generadas.
Las mayores fuentes naturales son los volcanes, las tormentas de polvo y los incendios forestales y de pastizales. La pulverización de agua marina también es una gran fuente de aerosoles aunque la mayoría de estos caen al mar cerca de donde fueron emitidos.
La mayor fuente de aerosoles debida a la actividad humana es la quema de combustibles en motores térmicos para el transporte y en centrales termoeléctricas para la generación de energía eléctrica, además del polvo generado en las obras de construcción y otras zonas de tierra donde el agua o la vegetación ha sido removida.
La composición química de los aerosoles afecta directamente a la forma en que interactúa la atmósfera con la radiación solar. Los componentes químicos de los aerosoles alteran el índice de refracción global de la atmósfera. El índice de refracción determina la cantidad de luz que es dispersada y la que es absorbida.
[editar] Pulverización de agua marina
La pulverización del agua marina es considerada como la segunda fuente más importante de aerosoles a nivel global. Las partículas procedentes de la pulverización del agua marina tienen la misma composición que el agua del mar: agua y sustancias como cloruro sódico, sales de magnesio, calcio, potasio y sulfatos. Además los aerosoles de origen marino pueden contener compuestos orgánicos. Estos aerosoles no absorben la luz solar.
[editar] Polvos minerales
Los polvos minerales son aerosoles atmosféricos originados por la suspensión en el aire de los minerales que constituyen el suelo, por efecto de la erosión de la corteza terrestre. Están constituidos principalmente de óxidos (SiO 2, Al2O3, FeO, Fe2O3, CaO, y otros) y carbonatos (CaCO3, MgCO3) que constituyen la corteza terrestre. Estos aerosoles absorben la luz solar.
Las emisiones de polvos minerales a nivel mundial se estiman en 1000-5000 millones de toneladas por año,[3] de las cuales la mayor parte se atribuye a los desiertos. El desierto del Sáhara es la principal fuente de polvo mineral, que es dispersado en el mar Mediterráneo y el Caribe hacia el norte de América del Sur, América Central, América del Norte y Europa. El desierto de Gobi es otra gran fuente de polvo mineral, que afecta a Asia oriental y al oeste de América del Norte.
Aunque este tipo de aerosoles generalmente se considera de origen natural, se estima que alrededor del 30%[cita requerida] de la carga de polvos minerales en la atmósfera podría atribuirse a las actividades humanas a través de la desertificación y la utilización indebida de tierras.
[editar] Compuestos de azufre y de nitrógeno
Las partículas secundarias se derivan de la reacción de los gases primarios, como los óxidos de nitrógeno (NOx) y de azufre en ácido nítrico (gaseoso) y ácido sulfúrico (líquido). La generación de la materia a partir de la cual se originan los aerosoles secundarios, puede ser de origen antropogénico (a partir de la combustión de combustibles fósiles) o de origen biogénico natural. En presencia de amoníaco, los aerosoles suelen adoptar la forma de sales de amonio, principalmente sulfato de amonio y nitrato de amonio, secos o en solución acuosa. En ausencia de amoníaco, los compuestos secundarios toman forma de ácido como ácido sulfúrico (aerosoles de gotas de líquido) y ácido nítrico (gas en la atmósfera) por la combinación con el vapor de agua de la atmósfera. Los aerosoles de sulfatos y nitratos son fuertes dispersores de la luz.[4]
Merece especial atención el N2O, que transmite la radiación de alta frecuencia pero refleja la radiación de baja frecuencia.
[editar] Materia orgánica
Los aerosoles de materia orgánica pueden ser primarios o secundarios. Los secundarios se derivan de la oxidación de compuestos orgánicos volátiles (COV, o VOC del inglés Volatic Organic Compounds). El material orgánico en la atmósfera puede ser de origen biogénico o antropogénico. Los aerosoles de materia orgánica influyen en el comportamiento de la atmósfera ante la radiación, algunos dispersándola y otros absorbiéndola.
Otro tipo importante de aerosol lo constituye el carbono elemental (también conocido como negro de carbono). Este tipo de aerosoles tienen una alta absortancia de la luz y se cree que favorecen el efecto invernadero.
El metano (CH4) no forma aerosoles pues es un gas, pero es uno de los gases de efecto invernadero considerados en el protocolo de Kyoto. En algunas estadísticas se distinguen las emisiones de compuestos orgánicos volátiles excluyendo el metano como NMVOC (del inglés Non-Methane Volatile Organic Compounds).
[editar] Permanencia de las partículas en suspensión
En general, cuanto más pequeña y ligera sea una partícula, más tiempo se quedará suspendida en el aire. Las partículas más grandes (de más de 10 μm de diámetro) tienden a caer por gravedad en cuestión de horas, mientras que las partículas más pequeñas (de menos de 1 μm de diámetro) pueden permanecer en la atmósfera durante semanas y en su mayoría se eliminan por las precipitaciones.
[editar] Cambios radiactivos de los aerosoles
Los aerosoles, naturales y antropogénicos, pueden afectar al clima cambiando el modo en el que la radiación electromagnética se transmite a la atmósfera. Las observaciones directas de los efectos de los aerosoles son bastante limitadas, por lo que cualquier intento por estimar su efecto global implica necesariamente el uso de modelos computerizados. El Panel Intergubernamental del Cambio Climático, IPCC (por sus siglas en inglés), dice: Mientras que los cambios radiativos debidos a los gases de efecto invernadero se pueden determinar con un alto grado de precisión [...] las incertidumbres relacionadas con los cambios radiativos debidos a los aerosoles siguen siendo grandes, y dependen en gran medida de las estimaciones de los estudios de modelos mundiales, que son difíciles de verificar en la actualidad.[5]
Aquí hay disponible un gráfico que muestra las contribuciones (para 2000, comparado con 1750) y las incertidumbres de varios cambios.
Actualmente la red MPLNET, gestionada por la NASA, es capaz de medir continuamente determinando la distribución de aerosoles y nubes en la atmósfera en diferentes localizaciones. El objetivo perseguido es caracterizar la evolución a largo plazo de los aerosoles y refinar así los modelos de evolución del clima terrestre.
[editar] Aerosol de sulfato
Un aerosol de sulfato tiene dos efectos principales, uno directo y otro indirecto. El efecto directo, a través del albedo, tiende a enfriar del planeta: el valor más esperado del forzamiento radiativo según el IPCC es de -0.4 W/m², con un intervalo de confianza de -0.2 a -0.8 W/m².[6] Sin embargo, existen incertidumbres importantes.
El efecto varía significativamente con la localización geográfica, con la mayoría del efecto de refrigeración posiblemente situado a sotavento de los principales centros industriales. Los modelos climáticos modernos que tratan de calcular la atribución de los cambios climáticos recientes deben incluir efectos de los sulfatos, que parecen contribuir, al menos en parte, al ligero descenso de la temperatura mundial en la mitad del siglo XX. El efecto indirecto (por la acción de los aerosoles como núcleos de condensación de nubes, modificando por lo tanto las propiedades de las nubes) es más incierto, pero se cree que es un efecto de enfriamiento.
[editar] Negro de carbón
El negro de carbón o negro de carbono, está compuesto de agrupaciones de carbon que forman pequeñas esferas y es uno de los tipos más importantes de aerosoles de absorción en la atmósfera. Debe distinguirse del carbono orgánico que forma parte de las moléculas orgánicas. La contribución del negro de carbón procedente de combustibles fósiles ha sido estimada por el IPCC en el Cuarto Informe de Evaluación del IPCC con un forzamiento radiativo global esperado de +0,2 W/m² (fue +0,1 W/m² en el segundo informe de evaluación El IPCC), con un intervalo de confianza de +0,1 a +0,4 W/m².
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