Mérida, 24.10.2010 / Marcos A. Peñaloza-Murillo -ULA
Para la mayoría de la gente, y quizá como un recuerdo lejano de lo aprendido en la escuela básica, la atmósfera terrestre es solo aire constituido por una mezcla de gases. Y como todo el mundo sabe, estos gases son nitrógeno di-atómico (N2) (70%), oxígeno di-atómico (O2) (21%), además del vapor de agua (H2O) que es altamente variable, y otros gases en menor proporción, denominados gases traza, como el dióxido de carbono (CO2), metano (NH4), ozono (O3), etc. Una mezcla así constituida, solo por estos gases, puede idealmente ser identificado como “aire perfectamente limpio y puro”.

Pero en honor a la verdad, además de estos gases, el aire real, el de verdad, verdad, contiene otros componentes que juegan un papel importante en varios aspectos de la atmósfera y del sistema climático en general. Comúnmente, estos componentes son llamados partículas en suspensión o aerosoles (hidrosoles en el caso de partículas líquidas). Ellas pueden ser gases extraños a la composición natural de la atmósfera o partículas de materia sólida o líquida que tienen mucho que ver con los procesos y problemas ambientales relacionados con el aire.

El material eructado por volcanes (ceniza volcánica), el polen de las plantas, el polvo arrastrado por el viento, el humo producto de incendios forestales, etc., son buenos ejemplos de fuentes de aerosoles naturales enviados a la atmósfera. En este sentido, el aire, normalmente hablando, y aunque suene extraño, es más bien sucio o posee una cierta “suciedad” que es normal y hasta cierto punto conveniente. Si esto no le convence, deje de limpiar su casa por unos días y después pásele el dedo a los muebles; o si no, mire a través de la luz solar que entra por una ventana para que vea la cantidad de partículas que hay en el aire y que respiramos.

Bajo condiciones anormales, el aire podría llegar a ser muy sucio por procesos naturales, por la naturaleza misma, como en los casos antes mencionados. En esta situación, se dice que el aire está normalmente contaminado y las partículas-aerosoles que lo hacen así se denominan contaminantes naturales. Estos pueden ser o no ser un problema ya que la atmósfera terrestre tiene sus propios mecanismos de limpieza (lluvia, sedimentación etc.) que lo controlan a corto o mediano plazo. Sin embargo, en algunos casos, tales mecanismos debido a las grandes cantidades de materiales que se inyectan repentina o sostenidamente, no pueden ser por si solos suficientes; y si este material llega a entrar más arriba, o sea, en la estratosfera, éste permanecerá por mayor tiempo porque allí no llueve, etc. Los aerosoles gaseosos naturales pertenecientes a estos materiales están, por supuesto, constituidos por moléculas que son primariamente producidos a través de una normal o anormal actividad terrestre de tipo volcánico. Esto, otra vez, puede constituirse en un problema o no para la atmósfera, dependiendo de cuán intensa sea esta actividad.

Para nuestra atmósfera, el verdadero problema comenzó cuando los seres humanos alcanzaron un desarrollo tal que adquirieron la capacidad o fueron capaces de originar contaminantes artificiales (partículas y/o gases) que desde entonces han ido a parar finalmente no solo al aire sino también al agua y al suelo como basureros naturales. No estando ni la atmósfera, ni la hidrosfera, ni la litosfera preparada para tal función y responsabilidad, tal acción antropogénica ha puesto a la geosfera y sus diferentes componentes (esferas), principalmente la biosfera (fauna y flora), en un peligro nunca visto antes.

El papel desempeñado por los aerosoles naturales y artificiales en la contaminación de la atmósfera terrestre, será brevemente discutido en este artículo (entregado en dos partes) para aclarar cuál de ellos son convenientes o positivos, y cuáles son perniciosos o negativos. Para ello, es conveniente primero dar una clasificación general de ellos de acuerdo a al criterio de cómo se originan desde un punto de vista químico y físico.

Tipos de Aerosol
Basado en el anterior criterio, existen varios tipos de aerosoles, clasificados dependiendo del método o proceso físico o químico de generarlos o producirlos: (1) Partículas sólidas formadas por desintegración mecánica (trituración, aplastamiento, demolición, explosión, pulverización, etc.); estas se denominan polvo (en inglés “dust”). (2) Partículas sólidas producidas por reacciones físico-químicas (combustión, sublimación y destilación); estas partículas son llamadas emanación o calina (en inglés “fume” o “haze”). (3) Partículas visibles resultantes de una combustión incompleta; estas son llamadas humo (en inglés “smoke”). (4) Partículas líquidas producidas por desintegración mecánica (atomización, spray, etc.) o condensación de algún vapor; son llamadas neblina o bruma (en inglés “mist” o “fog”). Puede haber una mezcla o combinación de humo y bruma que en inglés se conoce con el nombre de “smog”. Este último se puede generar por un proceso fotoquímico y es característico en la contaminación de las grandes ciudades (smog fotoquímico).

Contaminación Atmosférica por Aerosoles Naturales
La atmósfera de la Tierra es solamente una parte de un sistema interactivo más complejo, que incluye la litosfera (masas de tierra), hidrosfera (lluvias, ríos, lagos, mares y océanos), biosfera (componentes biológicos de los ambientes terrestres como animales y plantas, etc.), crioesfera (nieve, casquetes polares, glaciares, etc.) y noosfera (seres humanos con sus conciencias del bien y de mal).

La atmósfera intercambia partículas-aerosoles y gases con estos otros componentes (y viceversa) por medio de diferentes procesos naturales cíclicos. Estos ciclos pueden ser periódicos o irregulares. Por ejemplo, las plantas verdes (en tierra y agua) sueltan oxígeno (fotosíntesis) o dióxido de carbono (respiración) al aire diariamente, dependiendo o no (noche) de la luz solar, después de haber tomado, respectivamente, CO2 y O2 del aire. La respiración de los animales solo consume O2 para devolver CO2 todo el tiempo. Sin embargo, desde un punto de vista natural, la concentración promedio de ambos gases es, hasta cierto punto, estable en el tiempo; hay una especie de equilibrio entre lo que se consume y lo que se devuelve. De lo contrario, las proporciones naturales de ambos gases no fueran las mismas.

Un segundo ejemplo, también bien conocido, es el intercambio de agua entre la hidrosfera y la atmósfera bajo las formas de vapor de agua (evaporación) y líquido (lluvia, nubes, niebla y bruma). En este caso, la humedad, pluviosidad, nubosidad y transparencia (u opacidad) de la atmósfera son altamente variables con el tiempo, pero que dependen de la estación climática. No obstante, este ciclo llamado hidrológico, oscila alrededor de un punto de equilibrio.

Un tercer ejemplo es la entrada periódica al aire de polen de las flores y semillas que son transportadas por el viento para los procesos de polinización e inseminación natural en el reino vegetal, obviamente también en equilibrio dinámico.

Un cuarto ejemplo es el período de retorno de incendios forestales que sueltan humo y partículas de carbón al aire cada año. Y un quinto ejemplo es el caso de los aerosoles de polvo mineral, que normalmente van al aire, producidos en los procesos naturales de erosión superficial del suelo y de las rocas y piedras. En estos ejemplos, la atmósfera posee una mezcla de gases y partículas, variable en el tiempo la cual, hasta cierto punto, puede ser considerada normalmente sucia, pero sin serias consecuencias.

No obstante, en otros ejemplos bajo condiciones anormales, el aire puede llegar a ser mucho más sucio que lo normal, transformándose nominalmente en contaminado; por ejemplo, las tormentas de arena en los desiertos que son localmente concentradas, inyectan cíclicamente grandes cantidades de polvo y arenilla en la atmósfera. También, de vez en cuando, fuerte actividad volcánica (explosiones) pueden eructar toneladas de gases y aerosoles hacia la atmósfera. Esto último puede causar serias consecuencias a la salud y al clima. En el siglo XIX (1815) un volcán en Indonesia, llamado Tambora, eructó aproximadamente 100 millones de kilómetros cúbicos de material a la atmósfera. Como resultado, al año siguiente (1816), el verano en Inglaterra no fue tan caliente como de costumbre y alguna nieve cayó (!) (Véase el artículo “Anomalía en 1816” por Marcos Peñaloza-Murillo, El Nacional, 11 febrero 2007, p. A9). Lo llamaron el año sin verano. En menor medida, en recientes décadas el Monte Pinatubo, en Filipinas, el Monte Santa Elena, en el estado norteamericano de Washington, y el volcán El Chichón, en México, son también buenos ejemplos de causas naturales por la cuales podemos tener una contaminación, a escala local, regional y, quizá global, de la atmósfera por aerosoles y gases del mismo origen.

En la segunda y última parte de este artículo, nos referiremos a la contaminación atmosférica por aerosoles antropogénicos y a la contaminación general (o combinada) de el aire por ambos aerosoles atmosféricos, aquellos de origen natural como de origen antrópico.

Dr. Marcos A. Peñaloza-Murillo (Ph.D.)
Universidad de los Andes. Facultad de Ciencias. Departamento de Física
Mérida. Venezuela
enero2005@yahoo.com

Aerosoles atmosféricos y la contaminación del aire (y II)

Mérida, 1.11.20110 / Marcos A. Peñaloza-Murillo-ULA
Después de haber hecho, en la Parte I, referencia: a que el aire limpio y puro, en su forma natural, es una abstracción, a los diferentes tipos de aerosoles y a la contaminación atmosférica por aerosoles naturales, no referiremos en esta segunda y última parte a la contaminación atmosférica por aerosoles antropogénicos y a su contaminación general, y, para terminar, haremos unos comentarios finales.

Contaminación Atmosférica por Aerosoles Antropogénicos
Desde el comienzo de la era industrial en 1860, los ambientes terrestres, acuáticos-marinos y aéreos siempre han sido los botaderos finales de toda la basura, desperdicios, escombros y demás inmundicias producidas por las sociedades modernas. La hidrosfera y la atmósfera ha sido las partes de la geosfera más afectadas e impactadas por la actividad humana desarrollada a partir de esta era. En el caso de la atmósfera, ésta recibe diferentes clases de gases y partículas que se originan principalmente por la actividad agrícola y por la combustión de millones de toneladas de combustible fósil y petróleo por año, para poder satisfacer las necesidades de consumo de energía de la civilización moderna, etc. Este material nocivo para la salud, el clima y el bienestar consiste, entre otros, por dióxido de carbono y compuestos de sulfuro, nitrógeno, ozono (troposférico), etc.

Especial atención mereció en el siglo pasado, una nueva clase de aerosol artificial molecular el cual ha sido soltado al aire por muchos años, durante el uso de aparatos comerciales domésticos e industriales y propelentes, y que ha sido capaz de llegar hasta la estratosfera. Estamos hablando aquí de los famosos freones o CFCs (cloroflurocarbonos) que contribuyeron a la industria refrigerante a cumplir su cometido, y que actuaron como solventes en otras aplicaciones. Su acción “catalítica”, en el sentido positivo aquí abajo en la tierra, continuó, en el sentido negativo, allá arriba en la ozonósfera desgastando su concentración con las consecuencias conocidas por todos (los “huecos de ozono”). Se estimó, que aproximadamente un 90% de la producción de estas sustancias ya subieron a la estratosfera, en donde se haya la ozonósfera (capa de ozono).

La Contaminación General de la Atmósfera
Se deduce, entonces, que una posible contaminación general de la atmósfera a cualquier escala ya sea local, regional, nacional, hemisférica o global, y a cualquier nivel (troposférico o estratosférico), se debe a dos componentes: una de origen natural y otra de origen artificial. La primera es causada por contaminantes naturales y la segunda por contaminantes artificiales que tienen sus fuentes en la actividad antropogénica. Obviamente, algún aerosol natural como el polen y semillas son esenciales para preservar la vida en la Tierra. El polvo es indispensable para producir la lluvia, actuando como núcleos de condensación. Otros, como gases, polvo y ceniza de la actividad volcánica, pueden potencialmente modificar las condiciones climáticas normales y el tiempo atmosférico a escala global, regional o local a corto o largo plazo. Los aerosoles naturales transportados a través del aire ayudan a preservar los sistemas biológicos y ecológicos, pero también les pueden ser dañinos en el caso de eventos extremos extraordinarios.

Los aerosoles artificiales trasportados por el viento siempre producen daño a los sistemas antes referidos como también a los sistemas artificiales. Por ejemplo, daños estructurales causados a edificios antiguos e históricos, estatuas, obras de arte al aire libre, etc, por aerosoles formados por dióxido de sulfuro o ácido sulfúrico. El smog fotoquímico es causa de problemas de salud como enfermedades respiratorias, de los ojos, etc, en grandes ciudades contaminadas, con baja calidad de aire.

Comentarios Finales
El estudio y control de la contaminación artificial del aire, en todas sus escalas y niveles, es una necesidad y obligación de los entes nacionales y supranacionales. Como ella normalmente viene mezclada con la componente natural, hay que saber identificarla con métodos apropiados. Pero a largo plazo, es perniciosa y hasta acumulativa, contrario a la componente natural que, aun en episodios extremos inevitables, forma parte de un equilibrio dinámico natural, en procesos cíclicos geoquímicos convenientes y necesarios para preservar la vida en la Tierra.

De nuestra parte hemos preparado un proyecto interinstitucional inter- y multi-disciplinario, denominado “Caracterización de los Aerosoles Atmosféricos en Zonas Semi-Remotas de la Región Centro-Capital de Venezuela y su Influencia en la Calidad del Aire, Balance de Energía y Cambio Climático Regional: Una Propuesta Alterna Preliminar” el cual cuenta con el aval del Ministerio del Ambiente y de los Recursos Renovables y del Ministerio de Ciencia y Tecnología. Investigadores y estudiantes de la comunidad científica de la mencionada región, están invitados a incorporase a él, esperando que algún ente oficial y/o privado sepa de su existencia, a través de este medio, y esté dispuesto a aportar recursos para su financiamiento. En esta forma queremos participar de ese estudio y control que esa necesidad y obligación nos impone.

Cada vez que recuerdo, entre otras cosas, que una persona, en un medio urbano, cada vez que respira, inhala aproximadamente del orden de 100000000 partículas, compuestas por diversas sustancias como sulfatos de amonio, nitratos, ácido sulfúrico, polvo, cientos de compuestos orgánicos (algunos de los cuales son cancerígenos), etc., me siento aun más comprometido. Considerando que un adulto (masculino) ingiere al día aproximadamente 13.5 kg de aire, en comparación con los 1.2 kg de comida y 2 kg de agua, la calidad del aire respirado es, al menos, tan importante como la calidad de la comida que comemos y el agua que bebemos… día a día.

Dr. Marcos A. Peñaloza-Murillo, Ph.D.
Universidad de los Andes. Facultad de Ciencias. Departamento de Física
Mérida. Venezuela
(enero2005@yahoo.com)