La contaminación por aerosoles

La atmósfera, como elemento receptor de la gran cantidad de contaminantes emitidos por las actividades del hombre, así como por las emisiones naturales, se ha convertido en un elemento claramente afectado. Entre los numerosos contaminantes atmosféricos existentes se encuentran los aerosoles, que constituyen el tema principal de esta investigación que dio lugar a la tesis doctoral de Ana Isabel Calvo realizada bajo la dirección de Amaya Castro y Roberto Fraile, profesores del Departamento de Química y Física Aplicadas de la Universidad de León, y de Véronique Pont, de la Universidad de Toulouse.

En el lenguaje de las ciencias de la atmósfera, el término aerosol, también denominado material particulado atmosférico, designa únicamente a las partículas sólidas y/o líquidas presentes en suspensión en una masa de aire, con exclusión de las gotas (o cristales) de nubes y de lluvia. Son muchas las fuentes naturales (mares y océanos, volcanes, zonas desérticas, etc.) y antropogénicas (tráfico, actividad industrial, sistemas de calefacción, quema de biomasa, etc.) que liberan material particulado a la atmósfera, ejerciendo una marcada influencia en sus propiedades físicas (tamaño, densidad, etc.) y en su composición química. Como consecuencia de esta gran variedad de fuentes así como de sus mecanismos de formación, el material particulado consiste en una mezcla compleja de partículas de variada naturaleza, composición y tamaño. El diámetro de estas partículas varía desde pocos nanómetros (1 nanómetro -“nm- es 1·10 -9 metros) hasta varias decenas de micras (1 micra =1·10 -6 m).

Respecto a los mecanismos de formación, las partículas pueden ser emitidas directamente a la atmósfera (aerosoles primarios) o bien ser el resultado de la conversión de gases atmosféricos en partículas bajo unas condiciones termodinámicas específicas (aerosoles secundarios). Numerosos estudios han puesto de manifiesto el marcado impacto del material particulado atmosférico en la salud humana, el clima, los ecosistemas, la visibilidad y los materiales de construcción.

A largo de este trabajo se han abordado varios aspectos relacionados con el mundo del material particulado atmosférico. A continuación se recoge un breve resumen de los tres grandes bloques recogidos en esta tesis doctoral.

Aerosoles urbanos. El primero de los bloques se centra en el estudio de la composición química del aerosol urbano en la ciudad de Toulouse (Francia) así como de sus cambios intra-anuales, intra-estacionales y de su influencia en áreas rurales próximas, con el fin de encontrar posibles factores que determinen la variación y los mecanismos de formación de aerosoles secundarios. De este modo, resulta posible explicar la variación y la contribución relativa de fuentes emisoras tanto naturales como antrópicas. Para ello se muestreó un filtro semanal durante un año en el centro urbano de Toulouse para la fracción de PM10 (partículas de diámetro menor de 10 micras) y PM2,5 (partículas de diámetro menor de 2,5 micras), y se estudiaron las concentraciones de los principales iones presentes (de calcio, sodio, cloro, etc.), de los principales metales (aluminio, cadmio, cromo, plomo, etc.) y las concentraciones de carbono orgánico, carbono elemental y carbono total. Así, se pudo observar un claro predominio de las partículas menores de 2,5 micras y se registró una importante concentración del aerosol carbonoso, constituyendo más del 60% de la concentración total. El sulfato y el nitrato, con porcentajes superiores al 6% aparecieron como los iones predominantes. Las concentraciones de PM2,5 y PM10, que muestran una tendencia estacional similar, junto a las de la mayor parte de sus componentes, fueron generalmente mayores en invierno debido a las condiciones dinámicas de la estación invernal que impiden o dificultan la dilución y dispersión de contaminantes.

Tras el tratamiento estadístico de los datos se identificaron cuatro fuentes emisoras los elementos analizados: tráfico (plomo, cobre, aluminio, etc.), ón de la superficie terrestre (a, hierro, sodio, etc.), marina (sodio y cloro) e industrial+incineración (hierro y manganeso).

El segundo de los bloques se centró en caracterizar al aerosol procedente de la quema de dos tipos de biomasa, enmarcados dentro de dos procesos diferentes: un incendio forestal y la quema de restos de paja de cereal (rastrojo). Así, en el primero de los casos sestudiaron las distribuciones de tamaño de los aerosoles generados durante uno de los ocho días de un forestal en la ladera de un valle (a 1.500 m de altitud), situado cerca de la localidad de Villablino (León). Se observó un brusco cambio en las condiciones meteorológicas debido a la aparición de una inversión térmica que se tradujo en una reducción de la dispersión de los contaminantes emitidos por el incendio y, como consecuencia, en un aumento en la concentración de aerosoles, pasando de un promedio de 2.900 partículas por centímetro cúbico a un promedio de unas 10.000.

Del mismo modo, se llevó a cabo el análisis de las emisiones procedentes de la de restos de paja de cereal en condiciones de campo. Se observó que la quema de rastrojos en el campo genera una gran cantidad de partículas, pero resultan ser, en lo que a la calidad del aire se refiere, de influencia muy local, ya que no son grandes las superficies quemadas y dependen de las condiciones meteorológicas. En condiciones de laboratorio la combustión de rastrojo de cebada genera un mayor número de partículas de diámetro menor de 0.5 micras, que en muestras de avena.

Por último, el tercero de los puntos de este estudio se centró en analizar la evolución de la composición química del aerosol y de la precipitación (periodo 2002-2006) en una estación de fondo (área caracterizada por no estar influenciada por fuentes locales antropogénicas) en Víznar (Granada). Se registró un marcado incremento en la concentración de amonio presente en el agua de lluvia y nse detectaron problemas de lluvia ácida. La química de la precipitación apareció dominada por el calcio y el sulfato.En esta estación destacaron las entradas de masas de aire saharianas, que se caracterizan por su elevada concentración de partículas así como por el elevado pH y la elevada concentración de cationes (principalmente calcio) asociados al agua de lluvia.