miniaturadeimagen|319x319px|Contaminación por aerosol en India septentrional y Bangladés. En el ámbito medioambiental y de la ingeniería ambiental, se denomina aerosol, o aerosol atmosférico, a las partículas sólidas o líquidas que se encuentran suspendidas, en estado estacionario, en el aire u otro gas. Estas partículas se encuentran presentes tanto en atmósfera interiores como exteriores y dependiendo del tipo o cantidad, pueden llegar a jugar un importante papel medioambiental, en algunos casos con impacto adverso en la salud humana y en otros organismos vivos. Generalmente, estas partículas se encuentran en estado coloidal y su tamaño varía desde 0,002 µm hasta más de 100 µm de diámetro; esto es, desde unas pocas moléculas agregadas a una gotícula de líquido, hasta un tamaño suficientemente grande, que hace que las partículas no puedan permanecer suspendidas en el aire, retornando a la superficie terrestre en las siguientes horas, tras su emisión.
Origen y composición Los aerosoles atmosféricos pueden ser de origen natural o antropogénico, es decir, producidos por la actividad humana. Algunas de estas partículas son emitidas directamente a la atmósfera (emisiones primarias) y otras se producen por reacciones químicas entre gases y otras sustancias contaminantes emitidas a la atmósfera (emisiones secundarias) o mediante procesos de condensación y coagulación de otras partículas de menor tamaño al considerado como aerosol. Para los aerosoles atmosféricos, existen algunas notaciones de carácter técnico relacionadas con el diámetro medio de la partículas. 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.Directiva 1999/30/CE del Consejo de 22 de abril de 1999 relativa a los valores límite de SO2, NO2 y NOx, partículas y Pb en el aire ambiente DOUE L 163 de 29.6.1999 De forma análoga pueden utilizarse otros valores numéricos.
Las mayores fuentes naturales de aerosoles atmosféricos son la actividad volcánica (cenizas volcánicas) y las tormentas de polvo procedentes de zonas desérticas o de suelos erosionados. También la vegetación y los microorganismos emiten sustancias químicas que pueden llegar a producir aerosoles de origen secundario cuando no, partículas de origen primario como los pólenes. Otras fuentes naturales de aerosoles en la atmósfera son los incendios de origen natural (bosques, sabanas, etc.) y el aerosol marino, producido por la pulverización del agua oceánica generada por el viento o al chocar contra las rocas costeras.
Respecto al aerosol de origen antropogénico, la mayor fuente de aerosoles debida a la actividad humana es la quema de combustibles en la industria y en motores térmicos para el transporte así como en centrales termoeléctricas para la generación de energía eléctrica. Otras fuentes de emisión proceden de la fundición de metales como cobre o zinc, la producción de cemento, cerámica y ladrillos, además del polvo generado en las obras de construcción, canteras y minería a cielo abierto. Algunos de los principales componentes que desprenden son sulfatos, nitratos y aerosoles orgánicos.
Se estima que el flujo anual de aerosoles atmosféricos puede llegar a alcanzar los 3000 M de toneladas métricas siendo el principal contribuyente, el mar y los océanos. +AerosolNatural (N) Antropogénico (A)Flujo anual (Mt*)Aerosol marinoN1000 - 1500Polvo mineralN, A 100 - 750Incendios forestales y de praderasN, A35 - 100Emisiones volcánicasN~50 (muy variable)MeteoritosN~1Quema de combustiblesA~50CondensaciónN, A~1500Mt = 1 000 000 toneladas (un millón de toneladas) La composición química de los aerosoles afecta directamente a la forma en que interactúa la atmósfera con la radiación solar y el contenido de agua líquida. 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. Así, las partículas de menos de 0,1 μm producen dispersión de la luz debido al efecto de dispersión Rayleigh, mientras que las que tienen un tamaño entre 0,1 y 1 μm, dan lugar a efectos de interferencia, lo que genera perdida de visibilidad y enfriamiento del aire.
Aerosol marino El principal responsable de la formación del aerosol marino es el viento, ya que este aerosol se produce por pulverización del agua marina al romper las olas, bien por choque entre ellas, bien por choque contra las rocas costeras. La agitación y las turbulencias asociadas arrastran aire con la consiguiente formación de burbujas que una vez en la superficie, al entrar en contacto con la atmósfera, estallan liberando infinidad de pequeñas gotas (gotículas) que se incorporan a las masas de aire próximo en movimiento. El aerosol marino es considerado como una de las principales fuentes de aerosol atmosférico. Respecto a la composición de este aerosol, esta está relacionada con la composición del agua del mar, siendo sus principales componentes, aparte del agua no evaporada, presente en la gotícula, el cloruro sódico, cantidades menores de sales de magnesio, calcio, potasio y sulfatos. Además, los aerosoles de origen marino pueden contener compuestos orgánicos. Estos aerosoles no absorben la luz solar aunque pueden dar lugar a fenómenos de dispersión (brumas y neblinas). Como es de suponer, la mayor concentración de aerosol marino en el aire se da en las zonas oceánicas y en las zonas costeras, decreciendo desde la línea de costa hacia el interior.
Polvo mineral
El polvo mineral conforma uno de los más frecuentes aerosoles atmosféricos y tiene su origen en la erosión de la corteza terrestre y su posterior dispersión en el aire. Las emisiones de polvo mineral a nivel mundial se estiman en 1000-5000 millones de toneladas por año,Climate Change 2001: Working Group I: The Scientific Basis. Chapter 5. Aerosols, their Direct and Indirect Effects (en inglés) IPCC 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.
En cuanto a la composición química de este aerosol, esta depende de su origen. Así, el polvo sahariano, tiene prácticamente la misma composición que las arenas del desierto de origen, a pesar de que se haya trasladado centenares o miles de kilómetros. Lo mismo ocurre con el polvo en suspensión , que procedente del desierto de Gobi, afecta a las islas de Japón. En general, el polvo mineral está constituido principalmente de óxidos (SiO2, Al2O3, FeO, Fe2O3, CaO, y otros) y carbonatos (CaCO3, MgCO3) que constituyen la corteza terrestre. Estos aerosoles absorben la luz solar y también producen fenómenos de dispersión de la luz.
Aunque este tipo de aerosoles generalmente se considera de origen natural, se estima que alrededor del 30 % de la carga de polvo mineral en la atmósfera podría atribuirse a las actividades humanas a través de la desertificación y la utilización indebida de tierras.
Compuestos de azufre y de nitrógeno Los compuestos de azufre y nitrógeno emitidos a la atmósfera suelen ser gases, como H2S, SO2, NO, N2O, que por reacciones secundarias pueden llegar a formar aerosoles secundarios. Las emisiones primarias pueden ser de origen antropogénico (a partir de la quema de combustibles fósiles) o de origen biogénico natural. Óxidos de azufre Aproximadamente la mitad del dióxido de azufre emitido a la atmósfera retorna a la superficie terrestre antes que haya tenido tiempo de reaccionar para producir otros contaminantes secundarios. El resto, sufre diferentes reacciones de oxidación, en las que casi siempre están implicados radicales hidroxilo libres que, tras varias etapas, terminan dando lugar a cualquier forma de sulfato, aunque dada la mayor presencia de agua en la atmósfera, en la mayoría de los casos será ácido sulfúrico:
SO2 + HO. -> HO.SO2
HO.SO2 + O2 -> HOO. + SO3
SO3 + H2O -> H2SO4 alt=Gárgola atacada por lluvia ácida|miniaturadeimagen|311x311px|Gárgola deteriorada por efecto de la lluvia ácida y el smog gris La presencia de ácido sulfúrico en los aerosoles atmosféricos genera nieblas ácidas conocidas como "smog" gris o industrial. Este aerosol es más persistente en la atmósfera que el SO2, pudiendo permanecer en el aire durante varias semanas, siendo trasladado por los vientos a largas distancias y generando fenómenos de lluvia ácida en lugares húmedos y lluviosos o dando lugar a aerosoles de sulfatos que se depositan sobre la superficie terrestre y que recibe el nombre de deposición seca, cuando afecta a zonas de escasa pluviometría. En cualquiera de los dos casos, dada la gran reactividad de estas sustancias, su efecto sobre los ecosistemas puede llegar a ser devastador.
Otros compuestos de azufre, como el sulfuro de hidrógeno (H2S) u otras especies sulfuradas, también sufren procesos de oxidación que, tras diferentes procesos químicos, terminan como ácido sulfúrico. Los compuestos sulfurados son emitidos a la atmósfera de forma natural por acción de determinados organismos microbianos. Tanto el sulfuro de hidrógeno como otros sulfuros (orgánicos o inorgánicos) son oxidados por los radicales hidroxilo (HO•), produciendo radicales HS•, muy reactivos, que rápidamente reaccionan con el oxígeno para producir óxido de azufre:
H2S + HO. -> H2O + HS. -> HS. + O2 -> SO
El oxido de azufre continua sus procesos de oxidación, a menudo con la intervención de radicales libres, hasta terminar en trióxido de azufre, el precursor del ácido sulfúrico y los sulfatos. Óxidos de nitrógeno y smog fotoquímico Los tres óxidos de nitrógeno que habitualmente pueden encontrarse en la atmósfera son el óxido nitroso (N2O), el monóxido de nitrógeno (NO) y el dióxido de nitrógeno (NO2). El primero de ellos se produce de forma natural a partir de procesos biológicos de desnitrificación en suelo y océanos. Este compuesto es poco reactivo a nivel troposférico y desaparece al alcanzar la estratosfera, donde las reacciones fotoquímicas juegan un importante papel. También contribuye al efecto invernadero. En cuanto al NO y NO2, aunque también pueden tener origen natural, su presencia en el aire se debe principalmente a actividades antropogénicas, por lo que son considerados contaminantes y tratados de forma conjunta como NOx (conjunto del óxido nítrico y el dióxido de nitrógeno). La emisión de compuestos NOx se produce, principalmente, en los procesos de combustión interna de los motores de los vehículos. Aunque el nitrógeno atmosférico es muy poco reactivo en condiciones normales, no ocurre lo mismo en el interior de los motores de explosión, donde la temperatura en el interior del pistón puede alcanzar los 2500 °C a presiones de 40 atm. En estas condiciones, una pequeña cantidad del nitrógeno del aire se oxida a NO, que es expulsado, junto con el resto de gases de combustión, por el tubo de escape. Una vez en el aire, el monóxido de nitrógeno se oxida a dióxido de nitrógeno en un proceso relativamente lento, que puede durar desde unos minutos a varias horas. La rapidez de este proceso está, como tantos procesos en la química atmosférica, relacionado con la presencia de determinados radicales libres. Así, si una molécula de NO se encuentra con un radical hidroperóxido, la reacción es muy rápida:
NO + HOO. -> NO2 + HO.
Aunque también puede formarse por reacción con sustancias muy oxidantes, como el ozono troposférico:
NO + O3 -> NO2 + O2
Una vez formado, la oxidación, facilitada por la presencia de radicales hidroxilo, puede continuar hasta formar ácido nítrico:
HO. + NO2 -> HNO3