Aerossol

Um aerossol é uma mistura heterogénea de sólidas ou líquidas em suspensão num gás. Em particular, quando falamos de aerossóis , referimo-nos a partículas mantidas em suspensão no ar por tempo suficiente para poderem ser observadas ou medidas. Podem ter origem em diversos processos naturais ou antropogénicos.

As dimensões destas partículas podem oscilar entre  0,02 µm e mais de 100 µm. Entre os aerossóis mais importantes ao nível da troposfera, em virtude do seu contacto direto com a vida do planeta, encontramos os PM10 (partículas de diâmetro inferior a 10 mícrones) y los PM2.5 (partículas de diâmetro inferior a 2,5 mícrones).

A presença de aerossóis na atmosfera varia grandemente, entre apenas alguns µg/m³ em ar muito limpo e os cerca de 1000 µg/m³ de atmosferas muito poluídas. A maioria destas partículas concentra-se na baixa troposfera (até 1-2 quilómetros de altitude). Porém, a sua presença pode estender-se até à estratosfera.

As nuvens e o nevoeiro são exemplos de aerossóis de partículas líquidas, ao passo que o fumo é um aerossol de partículas sólidas.

Os aerossóis influenciam grandemente o clima global, o meio ambiente e a saúde humana.

Origem e composição

Os aerossóis que encontramos na atmosfera são maioritariamente de origem natural, embora também possam derivar da atividade humana.

• Aerossóis naturais. Têm como principais fontes a atividade vulcânica, as poeiras dos desertos, os incêndios florestais e de pastos de origem natural, a pulverização de água do mar e os pólenes.
• Aerossóis antropogénicos. Têm como principal fonte a poluição associada à queima de combustíveis em motores de veículos e em centrais termoelétricas. Outras fontes são a queima de biomassa, a fundição de metais como cobre e zinco, a produção de cimento, cerâmica e azulejos, e as poeiras dispersas por estaleiros de obras e remoção de terras.

Alguns destes aerossóis são emitidos diretamente para a atmosfera (aerossóis primários), ao passo que outros se formam na atmosfera, por processos químicos ou fotoquímicos (aerossóis secundários).

Um exemplo de aerossol primário é o dióxido de enxofre (SO₂) emitido por vulcões e processos de combustão. Por outro lado, o ácido sulfúrico (H₂SO₄) que se forma quando esta substância reage com o vapor de água atmosférico é um exemplo de aerossol secundário.

A composição química dos aerossóis afeta diretamente a interação da atmosfera com a radiação solar e o conteúdo de água líquida. Estes componentes químicos alteram o índice de refração da atmosfera, que determina a percentagem de luz que esta absorve e dispersa.

Segue-se uma breve lista dos principais aerossóis, classificados de acordo com a sua origem e composição:

• Sais marinhos. A pulverização de água de mares e oceanos é uma das maiores fontes globais de aerossóis. Estas partículas possuem a mesma composição que a água de onde provêm: cloreto de sódio, sais de magnésio, cálcio, potássio e sulfatos. Estes aerossóis não absorvem a radiação solar.
• Poeiras minerais. Têm origem na erosão da crosta terrestre e sua posterior dispersão no ar. São constituídos principalmente por óxidos (SiO₂, Al₂O₃,FeO, etc.) e carbonatos (CaCO₃, MgCO₃). Estes aerossóis absorvem a radiação solar.
• Compostos de enxofre e azoto. Podem ter origem natural ou associada à ação humana.

Os óxidos de enxofre são principalmente produzidos pela queima de combustíveis fósseis (petróleo, carvão), pela metalurgia e pela atividade vulcânica. Quando o dióxido de enxofre (SO₂) libertado reage com o oxigénio da atmosfera, dá origem a trióxido de enxofre (SO₃) e, posteriormente, após reagir com o vapor de água, ácido sulfúrico (H₂SO₄). Ambos estes poluentes secundários contribuem para a ocorrência de chuva ácida.

Os aerossóis primários compostos por azoto são o monóxido de azoto (NO) e o dióxido de azoto (NO₂), procedentes principalmente do trânsito automóvel, assim como do carvão utilizado para aquecimento e de alguns tipos de atividade industrial. Ambas as substâncias referidas oxidam rapidamente na atmosfera, originando ácido nítrico (HNO₃).

Estes compostos de azoto também desempenham um papel importante na formação do chamado smog fotoquímico nas cidades, gerando uma camada poluente de ozono troposférico nas camadas baixas da atmosfera, graças à reação da luz solar, monóxido de carbono (CO) e NO_x.

• Matéria orgânica. Pode ser de origem natural ou antropogénica. Os aerossóis primários mais importantes deste tipo são o metano (CH₄), o carbono elementar e os compostos orgânicos voláteis. Os aerossóis secundários deste tipo derivam da oxidação destes últimos.

O metano (CH₄) é o mais importante e abundante dos hidrocarbonetos atmosféricos, formado naturalmente pela decomposição ou digestão de matéria orgânica. É um dos gases de efeito de estufa que contribui para o aquecimento global.

O carbono elementar (também conhecido como carbono negro ou carbono grafítico) é formado pela combustão incompleta de combustíveis fósseis, biomassa e biocombustíveis. Possui uma grande capacidade de absorção de radiação, contribuindo igualmente para o efeito de estufa.

• Aerossóis extraterrestres. Provêm maioritariamente de pequenos meteoritos, asteroides, cometas e resíduos da formação do sistema solar (poeira interplanetária). Estas pequenas partículas desintegram-se parcial ou totalmente ao atingirem a atmosfera. São constituídas principalmente por ferro, magnésio, silício, enxofre e árgon.

A permanência em suspensão das partículas 

As partículas emitidas, sejam de origem natural ou antropogénica, são eliminadas da atmosfera por deposição húmida, através da precipitação, ou por deposição seca, através da sua sedimentação sobre superfícies.

O tempo de vida destas substâncias na atmosfera pode ir de alguns minutos a semanas, na troposfera (a camada inferior da atmosfera), e chegar a anos quando estas partículas atingem a estratosfera (o que é comum após fortes erupções vulcânicas, por exemplo), uma vez que a troposfera não conta com processos de eliminação como condensação ou a precipitação. A permanência destas partículas depende, em geral, das suas dimensões e composição.

As partículas mais pequenas (com menos de 0,1 mícrones de diâmetro) são as que possuem menor tempo de vida, já que se unem a outras para dar origem a agregados de maiores dimensões. Atuam também como núcleos de condensação para a formação de nuvens. Assim, são muito eficazmente eliminadas da atmosfera.

As partículas de dimensões intermédias (entre 0,1 e 1 mícrones, aproximadamente) além de mais difíceis de eliminar, são decisivas para a absorção e dispersão da radiação solar.

Por último, as partículas de maiores dimensões (superiores a 1-2 mícrones) são formadas por processos mecânicos (a partir de outras, mais pequenas), e são eliminadas, sobretudo, por deposição seca, devido à ação da gravidade.

Em geral, e ao contrário do que acontece com os gases atmosféricos, a concentração de aerossóis pode apresentar grandes variações em escalas de espaço e/ou tempo muito curtas.

Outra característica muito importante dos aerossóis é o facto de, uma vez na atmosfera, poderem viajar longas distâncias, podendo afetar zonas muito afastadas da sua origem.

Um exemplo deste transporte ocorre frequentemente nas Ilhas Canárias e na zona mediterrânea, com o aerossol de poeira do deserto do Saara a dar origem a um fenómeno conhecido como bruma de poeira. Quando ocorre precipitação, este pó é arrastado, dando origem à chamada dar origem às chamadas “chuvas de barro” ou “chuvas vermelhas”.

Os efeitos radiativos dos aerossóis

Os aerossóis desempenham um papel determinante no clima da Terra, alterando o seu equilíbrio energético através de três efeitos: efeito direto, efeito semidireto e efeito indireto.

A incerteza associada ao impacto dos aerossóis no equilíbrio radiativo terrestre é muito superior à associada a qualquer outro agente de forçamento climático. Isto porque as suas propriedades químicas, físicas e óticas são altamente variáveis no espaço e no tempo devido ao seu período de vida (em geral) curto e à heterogeneidade das suas emissões.

• Efeito direto

Os aerossóis provocam alterações ao fluxo radiativo em virtude da sua dispersão e absorção combinadas de radiação solar e, em menor medida, da radiação terrestre. A dispersão faz com que o planeta tenda a arrefecer, ao passo que a absorção produz o efeito contrário, isto é, um aquecimento do sistema climático. O equilíbrio entre estes dois efeitos opostos depende das propriedades dos aerossóis envolvidos e das condições ambientais.

A dispersão devolve ao espaço uma parte da radiação solar incidente. No seu conjunto, as nuvens, os gases e os aerossóis dispersam aproximadamente 22% da radiação solar. O efeito natural dos aerossóis tem o seu maior impacto climático no caso das grandes erupções vulcânicas, que emitem grandes quantidades de gases e partículas que vão refletir uma maior quantidade de radiação solar.

Esta atenuação da radiação solar impacta diretamente o clima, provocando, em geral, um arrefecimento do sistema climático, exceto no caso de aerossóis muito absorventes sobre superfícies dotadas de grande poder de reflexão (alto albedo), como o gelo e a neve.

O arrefecimento provocado pelos aerossóis mitigou parcialmente o aquecimento global médio associado aos gases com efeito de efeito de estufa, face ao que teria ocorrido na sua ausência.

• Efeito semidireto

A absorção de radiação solar pelos aerossóis gera alterações na formação das nuvens. Trata-se daquilo que é conhecido como efeito semidireto.

Alguns dos aerossóis atmosféricos com maior capacidade de absorção de energia são o carbono elementar e as poeiras em suspensão, que aquecem durante o processo.

Esta absorção leva a um arrefecimento da superfície situada sob a camada de aerossóis, aumentando a estabilidade nas camadas inferiores da atmosfera, o que se traduz numa inibição da convecção (formação de nuvens).

• Efeito indireto

Por último, as alterações provocadas pelos aerossóis nas nuvens  recebem o nome de efeitos indiretos.

Os aerossóis atuam como núcleos de condensação de gotas nas nuvens, modificando a microfísica destas últimas. Assim, afetam as suas propriedades radiativas, isto é, o efeito de albedo das nuvens.

Perante uma grande quantidade de aerossóis e, por conseguinte, de núcleos de condensação, o tamanho das gotículas nas nuvens pode sofrer alterações. Para uma mesma quantidade de água, existindo maior concentração de gotículas, estas serão também de menores dimensões. Assim, uma nuvem poluída apresenta maior quantidade de gotículas, e mais pequenas, do que uma nuvem não poluída.

O menor tamanho das gotículas leva a um aumento da refletividade das nuvens (maior albedo), contribuindo para o arrefecimento do sistema (com a superfície terrestre a receber menos radiação solar).

Outro efeito indireto é o que afeta o tempo de vida das nuvens e as alterações termodinâmicas que nelas ocorrem. As gotículas mais pequenas poderão não chegar a atingir o tamanho crítico, necessário para se precipitarem, resultando numa diminuição ou ausência de precipitação. Isto aumenta o tempo médio de vida das nuvens e, por conseguinte, da cobertura nebulosa da Terra.

O aumento da cobertura nebulosa tanto pode provocar arrefecimento como aquecimento à superfície, dependendo da altitude a que se encontra. As nuvens baixas têm maior albedo (ou seja, refletem uma maior proporção da radiação solar incidente), ao passo que as nuvens altas deixam passar uma maior quantidade de radiação para a superfície.

A cobertura nebulosa exerce ainda um efeito de “cobertor” que torna mais difícil ao calor absorvido pela superfície durante o dia escapar durante a noite para a atmosfera. É devido a este efeito que as noites nubladas costumam ser mais amenas do que as límpidas.

A relação existente entre as nuvens e a temperatura da superfície é conhecida como retroalimentação das nuvens (cloud feedback). As alterações ao equilíbrio energético alteram a temperatura do ar à superfície, o que por sua vez vai amplificar ou reduzir a perturbação inicial sobre a temperatura, e assim sucessivamente.

Efeitos sobre a saúde

As partículas em suspensão constituem um grande problema de qualidade do ar. Este tipo de poluição pode conduzir a toda uma série de graves problemas de saúde, mesmo nas concentrações que atualmente se verificam em muitas cidades.

O material particulado (o já referido PM, do inglês “particulate matter”) afeta mais pessoas do que qualquer outro poluente. As suas consequências para a saúde dependem do grau de exposição, tanto a curto como a longo prazo. As dimensões das partículas estão diretamente relacionadas com o seu potencial para causar problemas de saúde.

Uma exposição recorrente a PM aumenta consideravelmente o risco de desenvolver doenças cardiovasculares e respiratórias, incluindo cancro do pulmão. De facto, a esperança de vida nas cidades muito poluídas já é menor (em média, cerca de 8 meses) do que em zonas mais limpas.

As partículas de maiores dimensões são, por norma, filtradas pelo nariz e garganta, pelo que não costumam causar problemas. Porém, as mais pequenas são mais perigosas, sendo necessária uma maior vigilância das concentrações em que se apresentam. São de grande interesse para a saúde pública as partículas PM₁₀ (com menos de 10 mícrones de diâmetro) e especialmente as PM_2,5 (com menos de 2,5 mícrones de diâmetro).

Ambos estes tipos de partículas passam pelo nariz e garganta, entrando diretamente nos pulmões, podendo até chegar à corrente sanguínea e afetar o coração. Acresce a isto que as PM_2.5 tendem a interferir nas trocas gasosas que ocorrem nos pulmões, podendo chegar a afetar outros órgãos.

Entre os problemas provocados por estes tipos de aerossóis, incluem-se:

• Aumento de sintomas respiratórios como irritação, tosse e pieira;
• Diminuição da função pulmonar;
• Agravamento da asma;
• Batimento cardíaco irregular;
• Ataques cardíacos não mortais;
• Morte prematura de pessoas com problemas cardíacos ou pulmonares crónicos.

Grupos de risco face à exposição a PM

Os principais grupos de risco à exposição a estas partículas são constituídos por pessoas com doenças pulmonares ou cardíacas, crianças e idosos, especialmente em caso de atividade física, uma vez que quanto mais rápida e profundamente respiramos, mais partículas entram nos pulmões.

Entre as doenças cardíacas e pulmonares que constituem fator de risco, encontramos a doença coronária, a insuficiência cardíaca congestiva, a asma e a doença pulmonar obstrutiva crónica (DPOC).

Os idosos podem frequentemente sofrer de doenças pulmonares e/ou cardíacas não diagnosticadas, que seriam agravadas pela exposição a PM, levando a taxas de hospitalização mais elevadas do que as verificadas noutros grupos etários.

Para terminar, as crianças aparentam ser mais vulneráveis a PM por uma série de motivos. Por os seus pulmões ainda não estarem completamente desenvolvidos, são mais propensos a desenvolver asma e outras doenças respiratórias agudas, além de habitualmente manterem níveis elevados de atividade por mais tempo que os adultos.

Da mesma forma, as pessoas expostas prolongadamente a este tipo de partículas (como as que vivem durante muitos anos em cidades fortemente poluídas) apresentam uma maior probabilidade de sofrer de problemas como a redução da função pulmonar, o desenvolvimento de bronquite crónica e até a morte prematura.

Recomendações

A exposição a este tipo de poluentes atmosféricos encontra-se frequentemente fora do controlo da população, requerendo ação por parte de autoridades locais, nacionais e internacionais. No entanto, é possível reduzir estes riscos, observando alguns conselhos práticos.

Como já foi referido, quanto maior for o tempo de exposição e a intensidade da atividade física, maior o impacto destas partículas. Por conseguinte, é recomendável reduzir a duração e a intensidade do exercício físico em dias com níveis elevados de PM.

Para evitar níveis elevados de PM no interior dos edifícios, é aconselhável ventilá-los periodicamente (se possível, utilizando filtros de ar).

Por último, o uso de máscara em dias e zonas de altas concentrações de PM constitui uma barreira importante para evitar a inalação destas substâncias.

Legislação

Devido aos seus efeitos nocivos sobre a saúde e o meio ambiente, é necessário controlar os níveis de PM. Por exemplo, em Espanha, os valores legislados como limite para a proteção da saúde da população são:

• Para PM₁₀, um valor limite diário de 50 µg/m³ (que não pode ser ultrapassado mais de 35 dias a cada ano civil) e um valor limite anual de 40 µg/m³ (média anual).
• Para PM_2,5, um valor limite anual de 25 µg/m³.

Estes valores encontram-se em linha com o determinado pela União Europeia (UE). No entanto, a Organização Mundial de Saúde (OMS) é consideravelmente mais restritiva, sugerindo limites anuais de 10 µg/m³ para PM_2,5 e 20 µg/m³ para PM₁₀.

Vale a pena referir que são frequentes em Espanha níveis elevados de PM₁₀ de origem natural, devido à presença de poeiras provenientes do deserto africano. Por este motivo, a legislação em vigor estipula um procedimento destinado a determinar em que medida os níveis medidos são afetados por fontes naturais e quais são os níveis de PM produzidos pela atividade humana.