Efectos del material particulado

A la fecha, las consecuencias de la contaminación ambiental no se han informado en muchos de los países en desarrollo más afectados. Esto se debe a que los sistemas de gestión de bases de datos no son fiables y, en parte, a la falta de conciencia de las consecuencias nocivas que la contaminación podría tener sobre el medio ambiente y la salud. Por ejemplo, en algunas partes de África, ciertos problemas de salud, como defectos de nacimiento, aborto espontáneo, cáncer, retraso en el crecimiento y muerte súbita, se atribuyen totalmente a la desgracia y al

"acto de los dioses", lo que reduce el enfoque en la contaminación. y sus efectos concomitantes. Es bien sabido que los factores sociales determinantes de la salud, como la educación y el nivel de ingresos, tienen una fuerte relación con las preferencias del público a la protección del medio ambiente. Por lo tanto, en los países de bajos ingresos, la gente está más preocupada por la comida y la vivienda que por la protección del ambiente y la salud, lo que aumenta la contaminación y sus efectos en estos países (Ukaogo et al., 2020).

A. Efectos en la salud

La exposición a la contaminación del aire por material particulado se ha asociado con una variedad de puntos finales de enfermedades cardiovasculares y respiratorias. Los estudios muestran que la exposición a largo plazo a la polución del aire por partículas está asociada con tasas de eventos coronarios agudos, infarto de miocardio, angina inestable y accidente cerebrovascular. A largo plazo la exposición a la contaminación del aire por partículas se asocia con una función pulmonar reducida en niños y adultos, y con la prevalencia e incidencia de EPOC y neumonía en niños. Los datos de otras tres cohortes europeas sugieren que exponerse a largo plazo al material particulado puede estar asociada con la prevalencia del asma.

Entre otros efectos sobre la salud que se asocian con la incidencia de cáncer de pulmón y el bajo peso al nacer, la exposición a corto plazo a PM está asociada con mortalidad por todas las causas, cardiovascular y respiratoria (Hime, Marks y Cowie, 2018).

Figura 1.

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El sistema respiratorio que muestra el grado de penetración de las partículas.

Fuente: (Jimoda, 2012).

¿Podría ser "karma" que los productos de las actividades del hombre hayan regresado para perseguirlo? Los efectos de la contaminación sobre la salud son tales que la mayoría de las enfermedades que padece el hombre se han relacionado con la contaminación ambiental. Los estudios actuales están desenterrando más evidencia sobre la asociación de la contaminación y varias condiciones de salud graves. Entre estos estudios, los que se centran en las consecuencias sobre la salud de la exposición a la contaminación del aire están aumentando a un ritmo alarmante. El informe de la Organización Mundial de la Salud señaló claramente que la contaminación del aire interior por incendios para cocinar y calentar representó 3,8 millones de muertes. No es sorprendente que esta cifra varíe del 10 % en los países de ingresos bajos y medianos al 0,2 % en los países de ingresos altos.

Además, la Carga Global de Enfermedad informó que un componente de la contaminación ambiental (o del aire exterior), que son las partículas con 2,5 mm de diámetro aerodinámico (PM2,5), fue el quinto factor de riesgo principal de muerte en el mundo, representando muertes de alrededor de 4,2 millones y más de 103 millones de años de vida ajustados perdidos por discapacidad el año 2015. Se sugiere que la longitud más corta de los telómeros del recién

36 nacido se asocia con exposiciones maternas a PM2.5, PM10, CO y SO2 durante el tercer trimestre. Esto implica que no solo estamos en peligro de estos contaminantes, sino que también representan peligros graves y sensibles para el feto. A veces, el efecto de la contaminación en este grupo vulnerable se vuelve pronunciado y se prolonga durante toda la vida. Se ha descubierto que algunos contaminantes recalcitrantes, como los COP y los PAH, se unen a las partículas, especialmente las partículas PM2.5, para provocar varios tipos de enfermedades cardiopulmonares, enfermedades respiratorias, cáncer y efectos no cancerosos en los seres humanos. Los contaminantes que se transmiten por el aire tienden a desplazarse a una distancia mayor y causan más estragos porque llegan a la población objetivo ya sea a través de la respiración, el agua potable o los alimentos expuestos, contaminándolos así (Ukaogo et al., 2020).

Es posible que no se hayan descubierto varios otros problemas de salud asociados con la contaminación, pero la evidencia de los estudios epidemiológicos apunta a numerosos problemas de salud de las mujeres como consecuencia de la contaminación, en particular la contaminación del aire. La literatura ha indicado que la exposición a PM2.5 y O3 puede causar anomalías genéticas o epigenéticas específicas y conducir al desarrollo de fibromas uterinos (Lin et al., 2019).

B. Efectos en ambiente

La carga contribuye a la reducción de la visibilidad asociada con la mala calidad del aire, y afecta directa e indirectamente la transmisión de radiación atmosférica, por lo tanto, el clima. Estos efectos podrían alterar sustancialmente la magnitud del calentamiento calculado. Las partículas de aerosol también juegan papeles importantes en la química atmosférica, proporcionando un sitio de reacción para reacciones heterogéneas que de otro modo no se producirían. El transporte de polvo es un componente importante de los ciclos biogeoquímicos de los minerales de la corteza, en particular el hierro, que representa una ruta importante para su entrada en los ecosistemas marinos. Recientemente, el papel de los bioaerosoles:

37 virus, esporas de hongos, desechos de plantas y animales ha recibido una atención creciente debido a su papel potencial como núcleos de nubes y hielo y sus impactos en la salud, particularmente las reacciones alergénicas (Bloss, 2014).

Se la conoce como contaminación ambiental porque el medio ambiente es casi siempre la principal víctima del aumento de la contaminación. La atmósfera, el agua, la tierra y la biosfera componen el ambiente, que actúa como depósito de todos los contaminantes. Los efectos en la tierra incluyen ensuciar las superficies de la tierra con desechos (que en consecuencia resultan en un olor repulsivo y una estética deteriorada), daños a los árboles, muerte de especies de vida silvestre, infertilidad del suelo que conduce a un bajo rendimiento de las plantas, destrucción de las láminas de los techos, impactos en los monumentos históricos y construcciones y decoloración de vehículos y automóviles. Específicamente, un proceso minero continuo destruye los sistemas de vegetación/suelo y reduce la productividad y fertilidad del suelo, mientras que otras actividades humanas dan como resultado daños al paisaje, como destrucción del hábitat, erosión del suelo, extinción y pérdida de animales. de recursos, como humedales y ecosistemas costeros. Las propiedades químicas del suelo se alteran y se produce la pérdida de importantes nutrientes catiónicos como magnesio, potasio y calcio, con la consiguiente disminución del pH del suelo. Todo esto conduce directa o indirectamente a la escasez de alimentos tanto para los seres humanos y también para los animales;

puede ocurrir hambre e incluso la muerte (Ukaogo et al., 2020).

Además, el contacto directo entre la tierra y el agua les facilita compartir los contaminantes. Los efectos de la contaminación en las masas de agua suelen ser cambios en las propiedades químicas, microbiológicas y físicas. Por ejemplo, los aumentos en la temperatura del agua son el resultado del aumento del calor del sol; el petróleo en las regiones de exploración cubre la superficie del agua y evita el oxígeno y la luz solar; aumentos en la salinidad del agua del NaCl utilizado en la perforación; aumentos en la cantidad de metales tóxicos; y eutrofización. Estos cambios dan como resultado un

38 crecimiento excesivo de nutrientes y plantas, reducción del oxígeno del agua, reducción de la biodiversidad, destrucción de la bionetwork y disminución de la calidad y cantidad del agua. Los cuerpos de agua se vuelven olorosos y repulsivos, pierden su estética y se abandonan debido a la entrada de compuestos que contienen azufre y nitrógeno y otras actividades anaeróbicas como resultado de la contaminación. El aire atmosférico es un portador conocido de varios contaminantes y los deposita en el agua y la tierra. Cuando la luz solar incide sobre ciertos contaminantes como PM y gases, se genera neblina, que oscurece la claridad del color y las formas de los objetos. Se están investigando los efectos de los PM en el suelo y el medio acuático.

Sin embargo, los MP pueden contener aditivos y productos químicos que son peligrosos, que pueden ingresar al ecosistema del suelo y acumularse en los animales invertebrados del suelo. Tal acumulación en las lombrices de tierra puede influir en la respuesta del sistema inmunológico, la biomasa, el crecimiento e incluso la reproducción.

Todos estos efectos de la contaminación sobre el medio ambiente están directa o indirectamente asociados con la salud humana y animal (Ukaogo et al., 2020).

C. Efectos sobre la salud animal

Se han efectuado derrames de petróleo durante la exploración, refinación y transporte en tierra, a través de oleoductos y / o embarcaciones marinas, estos presentan efectos subletales para la salud tanto de la vida silvestre como de los organismos marinos. Los sistemas digestivo, respiratorio y circulatorio de estos organismos se ven afectados negativamente cuando inhalan o ingieren productos derivados del petróleo que contienen sustancias nocivas. Las aves marinas y otros mamíferos marinos se enfrentan a los peligros de las manchas de petróleo que tienden a ensuciar su piel o plumas, provocando un movimiento retardado, incapacidad para obtener suficiente alimento e incapacidad para huir de los depredadores que les provocan la muerte. Las aves marinas se ven gravemente afectadas por los derrames de petróleo y, a menudo, no se denuncian. Los estudios han demostrado que las aves mueren debido a la

39 contaminación por aceite. A pesar de que algunas aves contaminadas con petróleo se descubren e informan cuando mueren, la cantidad de muertes no reportadas debido a los efectos de los derrames de petróleo es alta.

Los desafíos de los plásticos en el medio ambiente se han convertido en tema de debate en los últimos tiempos. Daña los ecosistemas, restringe la biodiversidad y, en última instancia, tiene el potencial de afectar la vida principalmente de aves, peces, cangrejos, tortugas y otros animales marinos. Los plásticos dañan a los animales directa o indirectamente. El peligro directo incluye problemas de estrés por ingestión, que resultan en daños internos, laceraciones y lesiones, asfixia y enredo de organismos acuáticos, crecimiento impedido y fotosíntesis en productores primarios de la cadena alimentaria como las algas, y afecta el desarrollo y la reproducción en crustáceos. Una vez más, además de la muerte inmediata, podrían producirse lesiones o podría haber una restricción al movimiento de un animal que provoque la inanición o la dificultad para escapar de los depredadores. Más aún, estos organismos se ven afectados indirectamente por ciertos aditivos utilizados en la fabricación de plásticos, como plastificantes y otros contaminantes orgánicos, que provocan cambios en los procesos y comportamientos metabólicos (Ukaogo et al., 2020).

Además, la contaminación repercute en la variabilidad genética y la biodiversidad de la población natural. Los estudios han indicado que los genomas de los peces que habitan en ambientes contaminados poseen secuencias ribosómicas muy complejas. Se visualiza un incremento sistemático en el número de copias del ADN ribosómico, que ocurre en respuesta a variaciones en las condiciones ambientales. Esto sucede porque estas secuencias están involucradas principalmente en el mantenimiento de la integridad del genoma.

1.2.4. Material Particulado

Las partículas en el aire son una mezcla compleja de materiales orgánicos e inorgánicos. La masa y estructura en entornos urbanos tienden a clasificarse en dos grupos principales: partículas gruesas y finas. La

40 barrera entre estas dos fracciones de partículas generalmente se encuentra entre 1 µm y 2,5 µm. Sin embargo, el límite entre partículas gruesas y finas a veces se fija por convención a un diámetro aerodinámico de 2,5 µm PM2,5

para fines de medición. Las partículas más diminutas contienen aerosoles de formación secundaria, así como vapores orgánicos y metálicos recondensados y partículas de combustión. Las partículas más grandes consisten en polvo industrial y de carreteras y materiales de la corteza terrestre. La fracción fina contenía la mayor parte de la acidez y la actividad mutagénica de las partículas, aunque también había algunas gotas de ácido grueso en la niebla. Mientras que la mayor parte de la masa generalmente está en el modo fino partículas entre 100 nm y 2,5 m, la mayor cantidad de partículas se encuentra en tamaños muy pequeños, menos de 100 nm. Como se anticipó de la relación del volumen de partículas con la masa, estas llamadas partículas ultrafinas a menudo contribuyen solo con un pequeño porcentaje a la masa, al mismo tiempo que contribuyen con más del 90 % de los números (Avis y De Luca, 2018).

Figura 2.

Fuentes que liberan el material particulado a la atmosfera.

Fuente: (US EPA, 2012).

Las partículas que se encuentran suspendidas en el aire representan una mezcla compleja de sustancias orgánicas e inorgánicas. Por su masa y

41 composición tienden a clasificarse en dos grandes categorías: partículas gruesas, principalmente con un diámetro aerodinámico superior a 2,5 µm, y partículas finas, principalmente con un diámetro aerodinámico inferior a 2,5 µm (PM2,5). Las partículas más pequeñas incluyen aerosoles de formación secundaria (transformados de gas a partículas), partículas de combustión y vapores orgánicos y metálicos recondensados. Las partículas más grandes a menudo contienen material de la corteza terrestre, así como polvo fugitivo de las carreteras y la industria. La fracción fina contiene la mayor parte de la acidez (iones de hidrógeno) y la actividad mutagénica del material particulado, aunque en la niebla también están presentes algunas gotas de ácido grueso (Suh, 2009).

La contaminación del aire por partículas es una convinación de partículas sólidas, líquidas o sólidas y líquidas que se encuentran dispersas en el aire. Estas partículas en suspensión varían por su composición, tamaño y origen. Las partículas se clasifican también por sus propiedades aerodinámicas ya que dirigen su deposición dentro del sistema respiratorio, asimismo dirigen el transporte y remoción de partículas del aire; también están asociados con las fuentes de partículas y la composición química. Estas propiedades se resumen convenientemente en el diámetro aerodinámico (medida de una esfera con densidad unitaria que tiene las mismas características aerodinámicas). Las partículas se muestrean y describen sobre la base de su diámetro aerodinámico, generalmente llamado simplemente tamaño de partícula.

Las partículas más espaciosas, nombradas fracción gruesa (o modo), se obtienen de manera mecánica por la ruptura de partículas sólidas más grandes. Dichas partículas generalmente incluyen polvo remolcado por el viento generados por los procesos agrícolas, operaciones mineras, suelo descubierto o caminos sin pavimentar. El tráfico produce polvo de la carretera y turbulencias de aire que pueden volver a arrastrar el polvo de la carretera. Cerca de las costas, la evaporación del rocío del mar tiende a producir grandes partículas. En este rango de tamaño más grande se encuentran las esporas de moho, los granos de polen, y las partes de plantas e insectos. La cantidad de energía requerida para romper estas partículas en tamaños más pequeños aumenta a medida que el tamaño disminuye, lo

42 que establece efectivamente un límite inferior para la producción de estas partículas gruesas de aproximadamente 1 µm. Las partículas más pequeñas, llamadas fracción fina o modo, se forman en gran parte a partir de gases. Las partículas más pequeñas, menos de 0,1 µm, se forman por nucleación, es decir, condensación de sustancias de baja presión de vapor formadas por vaporización a alta temperatura o también por reacciones químicas en el aire que forman partículas nuevas denominadas núcleos.

Las partículas en este rango o modo de nucleación crecen por coagulación, es decir, la combinación de dos o más partículas para formar una partícula más grande, o por condensación, es decir, condensación de moléculas de gas o vapor en la superficie de las partículas existentes. La coagulación es más eficaz para un gran número de partículas y la condensación es más eficaz para grandes superficies. Por lo tanto, la eficiencia tanto de la coagulación como de la condensación disminuye a medida que aumenta el tamaño de partícula, lo que produce efectivamente un límite superior tal que las partículas no crecen mediante estos procesos más allá de aproximadamente 1 µm. Así, las partículas suelen "acumularse" en un rango de acumulación entre 0,1 y 1 µm (Suh, 2009).

Las partículas de tamaño submicrométrico pueden producirse mediante la condensación de metales o compuestos orgánicos que se vaporizan en procesos de combustión a alta temperatura. También pueden producirse mediante la condensación de gases que son reacciones en sustancias de baja presión de vapor producidas en la atmosfera. Tales como cuando el dióxido de nitrógeno (NO2) se oxida a ácido nítrico (HNO3), que tambien reacciona con el amoníaco (NH3) para producir nitrato de amonio (NH4NO3); otro ejemplo es del dióxido de azufre que se oxida en la atmósfera y forma ácido sulfúrico (H2SO4). Las partículas que se producen por las reacciones intermedias de los gases en la atmósfera son llamados partículas secundarias. Las partículas secundarias de sulfato y nitrato son el componente dominante de las partículas finas en los EE. UU. Las partículas gruesas generalmente se producen por la combustión de combustibles fósiles como petróleo, carbón y gasolina, a partir de la liberación de materiales no combustibles suelen producir partículas gruesas, es decir, cenizas volantes, partículas finas de la condensación de

43 materiales vaporizados en la combustión y partículas secundarias a través de las reacciones atmosféricas de óxidos de azufre y óxidos de nitrógeno inicialmente liberados como gases (Suh, 2009).

1.2.5. Humedad relativa

Una premisa es útil. La meteorología es una ciencia física relativamente joven, pero también es una tradición muy popular y debe ser entendida por todos los usuarios potenciales, incluso con un bajo nivel de educación. Para utilizar términos aparentemente familiares con la esperanza de mejorar la comprensión, los medios de comunicación, algunos servicios meteorológicos y, a menudo, también libros de texto autorizados, utilice términos, conceptos y aproximaciones, que están más en línea con la tradición medieval que con el enfoque científico riguroso.

Como ejemplo, para propósitos prácticos, los meteorólogos atribuyen todas las propiedades de la atmósfera a un solo gas ficticio, llamado aire, e idealmente deberían representar la mezcla real de gases y vapores que forman la atmósfera. Para describir fenómenos particulares, se hace una distinción entre aire seco y aire húmedo. El adjetivo seco puede tener dos significados, que el contexto aclara: el primero es literal, es decir, sin vapor, es decir, la mezcla de nitrógeno, oxígeno con algunas otras moléculas excluyendo el agua; esto último significa sin condensación, es decir, una mezcla normal de aire húmedo, pero por debajo de la saturación que se comporta como un gas ideal, sin cambios de fase. Del mismo modo, húmedo indica lo contrario de estas dos situaciones. Desde este punto de vista, el componente vapor se ignora formalmente y se expresa incorrectamente en términos de humedad relativa del aire o grado de saturación del aire en lugar de la forma correcta: humedad relativa del vapor de agua y grado de saturación del vapor (Camuffo, 2019).

Desde el punto de vista físico, no tiene sentido hablar en términos de grado de saturación del aire porque dos o más gases son absolutamente miscibles de 0 % a 100 %, como establece la ley de Dalton donde la presión total es la suma de las presiones parciales, y todas son independientes entre sí cuando en una mezcla los gases no reaccionan,. La saturación surge porque uno de los componentes no es un gas sino un vapor, y todos los vapores se saturan cuando su presión parcial alcanza un umbral

44 determinado por la temperatura ambiente, llamado tensión de saturación (Camuffo, 2019). En el caso del vapor de agua, su saturación viene dada por la fórmula empírica básica de Magnus & Tetens o desarrollos posteriores (Sonntag, 1990, 1994; Alduchov y Eskridge, 1996). La saturación es independiente de la presencia de otros gases y su presión y la definición de humedad relativa es la misma en presencia de aire o en ausencia de él (por ejemplo, para algunos vapores en un recipiente privado de aire).

Las variables de humedad consideradas hasta ahora definen en términos cuantitativos precisos el número de moléculas de agua dispersas en el aire, expresadas en proporción a una referencia dada, p. Ej. el número de moléculas de aire seco, o por unidad de volumen. Estas variables se han expresado en el Sistema Internacional de Unidades (SI), es decir, en términos absolutos. Sin embargo, este número de moléculas de agua puede ser demasiado grande o demasiado pequeño, o puede tener efectos diferentes, p. Ej. condensación, evaporación, dependiendo de determinadas condiciones ambientales. Esto significa que su comportamiento es relativo y está regido por la temperatura ambiente. Esto no es sorprendente porque la temperatura está relacionada con la energía cinética, y el impacto de una molécula lenta es diferente al de una rápida, es decir: una molécula de baja energía puede ser capturada por una superficie por la acción del agua. fuerzas de interacción de superficie; por el contrario, cuando la energía cinética es alta, la molécula no puede ser capturada por las fuerzas de interacción y rebota como si fuera un gas perfecto. Por tanto, conviene introducir una nueva variable para definir este comportamiento relativo de la molécula de agua en relación con su cantidad y la temperatura ambiente. No se puede expresar en unidades SI, sino en porcentaje, donde 100 % se refiere al equilibrio, es decir, saturación de vapor de agua. En el mundo real, al aire libre esta variable variará de 0 % a 100 %, pero en contacto con superficies frías puede superar el 100 % (Camuffo, 2019).

1.2.6. La atmósfera

Es una capa de aire que rodea la tierra y da vida. Está compuesto de gases que nos protegen de la intensa radiación ultravioleta del sol,