Partículas - Particulates

Este diagrama mostra os tipos e a distribuição de tamanhos em micrômetros (μm) de material particulado atmosférico.

Partículas - também conhecidas como atmosféricos de aerossol de partículas , partículas atmosférica , as partículas ( PM ), ou partículas em suspensão ( SPM ) - são microscópicas partículas de sólido ou líquido matéria em suspensão no ar . O termo aerossol geralmente se refere à mistura de partículas / ar , em oposição às partículas sozinhas. As fontes de material particulado podem ser naturais ou antropogênicas . Eles têm impactos no clima e na precipitação que afetam adversamente a saúde humana , de maneiras adicionais à inalação direta.

Os tipos de partículas atmosféricas incluem material particulado em suspensão; partículas torácicas e respiráveis; Partículas grossas inaláveis, designadas PM 10 , que são partículas grossas com um diâmetro igual ou inferior a 10 micrómetros (μm); partículas finas, designadas PM 2,5 , com diâmetro igual ou inferior a 2,5 μm; partículas ultrafinas , com diâmetro igual ou inferior a 100 nm; e fuligem .

O IARC e a OMS designam as partículas transportadas pelo ar como cancerígenas do Grupo 1 . As partículas são a forma mais prejudicial de poluição do ar devido à sua capacidade de penetrar profundamente nos pulmões, nas correntes sanguíneas e no cérebro, causando problemas de saúde, incluindo ataques cardíacos , doenças respiratórias e morte prematura . Em 2013, um estudo envolvendo 312.944 pessoas em nove países europeus revelou que não havia nível seguro de partículas e que para cada aumento de 10 μg / m 3 em PM 10 , a taxa de câncer de pulmão aumentou 22% (IC de 95% [1,03– 1,45]). Os PM 2.5 menores foram particularmente mortais, com um aumento de 18% no câncer de pulmão por 5 μg / m 3 (IC de 95% [0,96-1,46]), pois pode penetrar mais profundamente nos pulmões. A exposição mundial ao PM 2.5 contribuiu para 4,1 milhões de mortes por doenças cardíacas e derrames, câncer de pulmão, doenças pulmonares crônicas e infecções respiratórias em 2016. No geral, as partículas do ambiente são classificadas como o sexto principal fator de risco para morte prematura em todo o mundo.

Fontes atmosféricas

Algumas partículas ocorrem naturalmente, originadas de vulcões , tempestades de poeira , incêndios em florestas e pastagens , vegetação viva e borrifos do mar . As atividades humanas, como a queima de combustíveis fósseis em veículos, queima de restolho , usinas de energia , poeira de estradas , torres de resfriamento úmido em sistemas de resfriamento e diversos processos industriais, também geram quantidades significativas de partículas. A combustão de carvão em países em desenvolvimento é o principal método para aquecer residências e fornecer energia. Como a névoa salina sobre os oceanos é a forma esmagadoramente mais comum de partículas na atmosfera, os aerossóis antropogênicos - aqueles produzidos por atividades humanas - respondem atualmente por cerca de 10% da massa total de aerossóis em nossa atmosfera.

Composição

A composição e toxicidade dos aerossóis , incluindo partículas, dependem de sua fonte e da química atmosférica e variam amplamente. A poeira mineral soprada pelo vento tende a ser feita de óxidos minerais e outro material soprado da crosta terrestre ; este particulado é absorvente de luz . O sal marinho é considerado o segundo maior contribuinte no orçamento global de aerossóis e consiste principalmente de cloreto de sódio originado da água do mar; outros constituintes do sal marinho atmosférico refletem a composição da água do mar e, portanto, incluem magnésio , sulfato , cálcio , potássio , etc. Além disso, os aerossóis de spray marinho podem conter compostos orgânicos, que influenciam sua química.

Algumas partículas secundárias derivam da oxidação de gases primários, como enxofre e óxidos de nitrogênio, em ácido sulfúrico (líquido) e ácido nítrico (gasoso) ou de emissões biogênicas. Os precursores desses aerossóis - ou seja, os gases de que se originam - podem ter origem antropogênica (de qualquer combustão de combustível fóssil ) e origem biogênica natural . Na presença de amônia , os aerossóis secundários freqüentemente tomam a forma de sais de amônio ; isto é, sulfato de amônio e nitrato de amônio (ambos podem ser secos ou em solução aquosa ); na ausência de amônia, os compostos secundários assumem uma forma ácida , como ácido sulfúrico (gotículas de aerossol líquido) e ácido nítrico (gás atmosférico), todos os quais provavelmente contribuem para os efeitos das partículas na saúde.

Aerossóis secundários de sulfato e nitrato são fortes dispersores de luz . Isso ocorre principalmente porque a presença de sulfato e nitrato faz com que os aerossóis aumentem para um tamanho que dispersa a luz com eficácia.

A matéria orgânica (MO) encontrada nos aerossóis pode ser primária ou secundária, a última parte derivando da oxidação de compostos orgânicos voláteis (VOCs); o material orgânico na atmosfera pode ser biogênico ou antropogênico . A matéria orgânica influencia o campo de radiação atmosférica por espalhamento e absorção. Prevê-se que alguns aerossóis incluem material com forte absorção de luz e acredita-se que produzam uma grande forçante radiativa positiva . Alguns aerossóis orgânicos secundários (SOAs) resultantes de produtos de combustão de motores de combustão interna foram identificados como perigosos para a saúde. Verificou-se que a toxicidade das partículas varia por região e contribuição da fonte que afeta a composição química das partículas.

A composição química do aerossol afeta diretamente como ele interage com a radiação solar. Os constituintes químicos dentro do aerossol alteram o índice geral de refração . O índice de refração determinará quanta luz é espalhada e absorvida.

A composição do material particulado que geralmente causa efeitos visuais, neblina, consiste em dióxido de enxofre, óxidos de nitrogênio, monóxido de carbono, poeira mineral e matéria orgânica. As partículas são higroscópicas devido à presença de enxofre, e o SO 2 é convertido em sulfato quando há alta umidade e baixas temperaturas. Isso causa visibilidade reduzida e cor amarela.

Distribuição de tamanho

Um gráfico de computador que mostra quantas partículas de PM10 podem ser enroladas em um cabelo humano e como várias partículas de PM2.5 podem ser enroladas em PM10
PM 2,5 e PM 10 em comparação com um cabelo humano em um gráfico da Agência de Proteção Ambiental

Os mapas de cores falsas no mapa de distribuição de partículas de aerossol nesta página mostram onde há aerossóis naturais, poluição humana ou uma mistura de ambos, mensalmente.

Entre os padrões mais óbvios que a série temporal de distribuição de tamanho mostra é que nas latitudes mais ao sul do planeta, quase todos os aerossóis são grandes, mas nas latitudes altas ao norte, aerossóis menores são muito abundantes. A maior parte do hemisfério sul é coberta pelo oceano, onde a maior fonte de aerossóis é o sal marinho natural da água seca do mar. Como a terra está concentrada no hemisfério norte, a quantidade de pequenos aerossóis de incêndios e atividades humanas é maior lá do que no hemisfério sul. Por terra, manchas de aerossóis de grande raio aparecem sobre desertos e regiões áridas, principalmente no Deserto do Saara no norte da África e na Península Arábica, onde tempestades de poeira são comuns. Locais onde a atividade de fogo desencadeada por humanos ou natural é comum (incêndios de limpeza de terras na Amazônia de agosto a outubro, por exemplo, ou incêndios desencadeados por raios nas florestas do norte do Canadá no verão do Hemisfério Norte) são dominados por aerossóis menores. A poluição produzida pelo homem (combustível fóssil) é em grande parte responsável pelas áreas de pequenos aerossóis superdesenvolvidos, como o leste dos Estados Unidos e a Europa, especialmente no verão.

As medições de aerossóis por satélite, chamadas de espessura ótica do aerossol, baseiam-se no fato de que as partículas mudam a forma como a atmosfera reflete e absorve a luz visível e infravermelha. Conforme mostrado na sétima imagem nesta página, uma espessura óptica de menos de 0,1 (amarelo mais claro) indica um céu cristalino com visibilidade máxima, enquanto um valor de 1 (marrom avermelhado) indica condições muito nebulosas.

Processos de deposição

Em geral, quanto menor e mais leve uma partícula, mais tempo ela permanecerá no ar. Partículas maiores (maiores que 10 micrômetros de diâmetro) tendem a se assentar no solo pela gravidade em questão de horas, enquanto as menores partículas (menores que 1 micrômetro) podem permanecer na atmosfera por semanas e são principalmente removidas por precipitação . O material particulado de diesel é mais alto perto da fonte de emissão. Qualquer informação sobre o DPM e a atmosfera, flora, altura e distância das principais fontes é útil para determinar os efeitos na saúde.

Tecnologias de controle

Efeito Hepa dos filtros de tecido : sem (exterior) e com filtro (interior)

Uma mistura complicada de partículas sólidas e líquidas resulta em material particulado e essas emissões de material particulado são altamente regulamentadas na maioria dos países industrializados. Devido a questões ambientais , a maioria das indústrias é obrigada a operar algum tipo de sistema de coleta de pó para controlar as emissões de partículas. Esses sistemas incluem coletores inerciais ( separadores ciclônicos ), coletores de filtro de tecido (baghouses) , filtros eletrostáticos usados ​​em máscaras faciais , depuradores úmidos e precipitadores eletrostáticos .

Os separadores ciclônicos são úteis para remover partículas grandes e grosseiras e costumam ser empregados como uma primeira etapa ou "pré-limpador" para outros coletores mais eficientes. Separadores ciclônicos bem projetados podem ser muito eficientes na remoção mesmo de partículas finas e podem ser operados continuamente sem exigir paradas frequentes para manutenção.

Filtros de tecido ou mangas são os mais comumente empregados na indústria em geral. Eles funcionam forçando o ar carregado de poeira através de um filtro de tecido em forma de saco, deixando as partículas se acumularem na superfície externa do saco e permitindo que o ar agora limpo passe para ser exaurido na atmosfera ou, em alguns casos, recirculado para o instalação. Os tecidos comuns incluem poliéster e fibra de vidro e os revestimentos de tecido comuns incluem PTFE (comumente conhecido como Teflon). O excesso de poeira acumulado é então limpo dos sacos e removido do coletor.

Os depuradores úmidos passam o ar sujo por uma solução de depuração (geralmente uma mistura de água e outros compostos), permitindo que as partículas se fixem nas moléculas do líquido. Os precipitadores eletrostáticos carregam eletricamente o ar sujo à medida que ele passa. O ar agora carregado passa então por grandes placas eletrostáticas que atraem a partícula carregada na corrente de ar, coletando-as e deixando o ar agora limpo para ser exaurido ou recirculado.

Além de remover partículas da fonte de poluição, também pode ser limpo ao ar livre.

Efeitos climáticos

Forças radiativas e incertezas de 2005, conforme estimado pelo IPCC.

Os aerossóis atmosféricos afetam o clima da Terra, alterando a quantidade de radiação solar de entrada e de radiação de onda longa terrestre de saída retida no sistema terrestre. Isso ocorre por meio de vários mecanismos distintos que se dividem em efeitos aerossóis diretos, indiretos e semi-diretos. Os efeitos climáticos dos aerossóis são a maior fonte de incerteza nas futuras previsões climáticas. O Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas , Terceiro Relatório de Avaliação, afirma: Embora o forçamento radiativo devido aos gases de efeito estufa possa ser determinado com um grau de precisão razoavelmente alto ... as incertezas relativas aos forçantes radiativos aerossóis permanecem grandes e dependem em grande medida nas estimativas de estudos de modelagem global que são difíceis de verificar no momento .

Aerossol radiativo

Espessura ótica global do aerossol . A escala do aerossol (amarelo a marrom avermelhado escuro) indica a quantidade relativa de partículas que absorvem a luz solar.
Esses mapas mostram quantidades médias mensais de aerossóis em todo o mundo com base em observações do Espectrorradiômetro de Imagem de Resolução Moderada (MODIS) no satélite Terra da NASA.

Direto

Partículas no ar causando tons de cinza e rosa em Mumbai durante o pôr do sol
Cidade italiana poluída por particulados e detector óptico de ar (laser)

O efeito direto do aerossol consiste em qualquer interação direta da radiação com os aerossóis atmosféricos, como absorção ou espalhamento. Afeta a radiação de onda curta e longa para produzir um forçamento radiativo negativo líquido. A magnitude do forçamento radiativo resultante devido ao efeito direto de um aerossol é dependente do albedo da superfície subjacente, pois isso afeta a quantidade líquida de radiação absorvida ou espalhada pelo espaço. por exemplo, se um aerossol de alta dispersão estiver acima de uma superfície de baixo albedo, ele terá uma maior forçante radiativa do que se estivesse acima de uma superfície de alto albedo. O inverso é verdadeiro para a absorção de aerossol, com o maior forçamento radiativo surgindo de um aerossol altamente absorvente sobre uma superfície de alto albedo. O efeito direto do aerossol é um efeito de primeira ordem e, portanto, é classificado como um forçamento radiativo pelo IPCC . A interação de um aerossol com a radiação é quantificada pelo albedo de espalhamento único (SSA), a proporção de espalhamento sozinho para espalhamento mais absorção ( extinção ) de radiação por uma partícula. O SSA tende à unidade se o espalhamento dominar, com relativamente pouca absorção, e diminuir à medida que a absorção aumenta, tornando-se zero para absorção infinita. Por exemplo, o aerossol de sal marinho tem um SSA de 1, pois uma partícula de sal marinho apenas se espalha, enquanto a fuligem tem um SSA de 0,23, mostrando que é um importante absorvedor de aerossol atmosférico.

Indireto

O efeito indireto do aerossol consiste em qualquer alteração no orçamento radiativo da Terra devido à modificação das nuvens pelos aerossóis atmosféricos e consiste em vários efeitos distintos. Gotículas de nuvem se formam em partículas de aerossol pré-existentes, conhecidas como núcleos de condensação de nuvem (CCN). As gotículas que se condensam em torno de aerossóis produzidos pelo homem, como as encontradas na poluição por partículas, tendem a ser menores e mais numerosas do que as que se formam em torno das partículas de aerossol de origem natural (como a poeira levada pelo vento ).

Para quaisquer condições meteorológicas, um aumento no CCN leva a um aumento no número de gotículas de nuvem. Isso leva a uma maior dispersão da radiação de ondas curtas, ou seja, a um aumento no albedo da nuvem, conhecido como efeito albedo da nuvem , primeiro efeito indireto ou efeito Twomey . Evidências que sustentam o efeito do albedo das nuvens foram observadas a partir dos efeitos das plumas de exaustão dos navios e da queima de biomassa no albedo das nuvens em comparação com as nuvens ambientais. O efeito do aerossol Cloud albedo é um efeito de primeira ordem e, portanto, classificado como uma forçante radiativa pelo IPCC .

Um aumento no número de gotas da nuvem devido à introdução do aerossol atua na redução do tamanho das gotas da nuvem, pois a mesma quantidade de água é dividida em mais gotas. Isso tem o efeito de suprimir a precipitação, aumentando o tempo de vida da nuvem, conhecido como efeito do aerossol do tempo de vida da nuvem, segundo efeito indireto ou efeito Albrecht. Isso foi observado como a supressão da garoa na pluma de exaustão do navio em comparação com as nuvens do ambiente e inibiu a precipitação nas plumas de queima de biomassa. Este efeito de duração da nuvem é classificado como um feedback do clima (ao invés de um forçamento radiativo) pelo IPCC devido à interdependência entre ele e o ciclo hidrológico. No entanto, foi anteriormente classificado como um forçamento radiativo negativo.

Semidireto

O efeito semidireto diz respeito a qualquer efeito radiativo causado pela absorção do aerossol atmosférico, como a fuligem, além do espalhamento e absorção diretos, que é classificado como efeito direto. Ele abrange muitos mecanismos individuais e, em geral, é mais mal definido e compreendido do que os efeitos diretos e indiretos do aerossol. Por exemplo, se aerossóis absorventes estiverem presentes em uma camada elevada na atmosfera, eles podem aquecer o ar circundante, o que inibe a condensação de vapor d'água, resultando em menos formação de nuvens. Além disso, o aquecimento de uma camada da atmosfera em relação à superfície resulta em uma atmosfera mais estável devido à inibição da convecção atmosférica . Isso inibe a elevação convectiva da umidade, que por sua vez reduz a formação de nuvens. O aquecimento da atmosfera no alto também leva ao resfriamento da superfície, resultando em menor evaporação da água superficial. Todos os efeitos descritos aqui levam a uma redução da cobertura de nuvens, ou seja, a um aumento do albedo planetário. O efeito semi-direto classificado como feedback climático) pelo IPCC devido à interdependência entre ele e o ciclo hidrológico. No entanto, foi anteriormente classificado como um forçamento radiativo negativo.

Funções específicas do aerossol

Sulfato

O aerossol de sulfato tem dois efeitos principais, direto e indireto. O efeito direto, via albedo , é um efeito de resfriamento que retarda a taxa geral de aquecimento global : a melhor estimativa do IPCC do forçamento radiativo é de −0,4 watts por metro quadrado com uma faixa de −0,2 a −0,8 W / m 2 . No entanto, existem incertezas substanciais. O efeito varia fortemente geograficamente, acreditando-se que a maior parte do resfriamento ocorre nos principais centros industriais e a favor do vento. Os modelos climáticos modernos que tratam da atribuição de mudanças climáticas recentes levam em consideração a forçante de sulfato, que parece ser responsável (pelo menos em parte) pela ligeira queda na temperatura global em meados do século XX. O efeito indireto via aerossol agindo como núcleos de condensação de nuvem (CCN) e, portanto, modificando as propriedades da nuvem (albedo e tempo de vida) é mais incerto, mas acredita-se que resfrie.

Carbono negro

O carbono negro (BC), ou negro de fumo, ou carbono elementar (EC), frequentemente chamado de fuligem, é composto de aglomerados de carbono puro, bolas de esqueleto e fulerenos , e é uma das espécies de aerossol de absorção mais importantes na atmosfera. Deve ser diferenciado do carbono orgânico (CO): moléculas orgânicas agrupadas ou agregadas por conta própria ou permeando uma buckyball EC. O carbono negro de combustíveis fósseis é estimado pelo IPCC no Quarto Relatório de Avaliação do IPCC, 4AR, para contribuir com um forçamento radiativo médio global de +0,2 W / m 2 (era +0,1 W / m 2 no Segundo Relatório de Avaliação do IPCC, SAR), com um intervalo de +0,1 a +0,4 W / m 2 . Um estudo publicado em 2013, entretanto, afirma que "a melhor estimativa para a era industrial (1750 a 2005) forçamento radiativo direto do carbono negro atmosférico é +0,71 W / m 2 com limites de incerteza de 90% de (+0,08, +1,27) W / m 2 "com" forçamento direto total por fontes de carbono totalmente negro, sem subtrair o fundo pré-industrial, é estimado em +0,88 (+0,17, +1,48) W / m 2 ".

Instâncias

Redução da radiação solar devido a erupções vulcânicas

Os vulcões são uma grande fonte natural de aerossol e têm sido associados a mudanças no clima da Terra, muitas vezes com consequências para a população humana. Erupções ligadas a mudanças no clima incluem a erupção de Huaynaputina em 1600, que foi ligada à fome russa de 1601-1603 , levando à morte de dois milhões, e a erupção do Monte Pinatubo em 1991, que causou um resfriamento global de aproximadamente 0,5 ° C com duração muitos anos. Pesquisas que rastreiam o efeito dos aerossóis de dispersão de luz na estratosfera durante 2000 e 2010 e comparam seu padrão com a atividade vulcânica mostram uma correlação próxima. Simulações do efeito de partículas antropogênicas mostraram pouca influência nos níveis atuais.

Acredita-se que os aerossóis também afetam o tempo e o clima em escala regional. O fracasso da monção indiana tem sido associado à supressão da evaporação da água do Oceano Índico devido ao efeito semi-direto do aerossol antropogênico.

Estudos recentes da seca do Sahel e grandes aumentos desde 1967 nas chuvas na Austrália sobre o Território do Norte , Kimberley , Pilbara e ao redor da Planície de Nullarbor levaram alguns cientistas a concluir que a névoa de aerossol no sul e no leste da Ásia tem mudado constantemente as chuvas tropicais em ambos os hemisférios para o sul.

Efeitos na saúde

Estação de medição de poluição do ar em Emden , Alemanha

O tamanho, a forma e a solubilidade são importantes

O tamanho da partícula é o principal determinante de onde no trato respiratório a partícula irá parar quando inalada. Partículas maiores geralmente são filtradas no nariz e na garganta por meio dos cílios e muco, mas partículas menores que cerca de 10 micrômetros podem se depositar nos brônquios e pulmões e causar problemas de saúde. O tamanho de 10 micrômetros não representa um limite estrito entre as partículas respiráveis ​​e não respiráveis, mas foi acordado para o monitoramento de partículas transportadas pelo ar pela maioria das agências regulatórias. Devido ao seu pequeno tamanho, as partículas da ordem de 10 micrômetros ou menos ( partículas grossas , PM 10 ) podem penetrar na parte mais profunda dos pulmões, como os bronquíolos ou os alvéolos. Quando os asmáticos são expostos a essas condições, isso pode desencadear broncoconstrição.

Da mesma forma, o chamado material particulado fino ( PM 2,5 ), tende a penetrar nas regiões de troca gasosa do pulmão (alvéolo), e partículas muito pequenas ( material particulado ultrafino , PM 0,1 ) podem passar pelos pulmões para afetar outros órgãos. A penetração de partículas não depende totalmente de seu tamanho; forma e composição química também desempenham um papel. Para evitar essa complicação, uma nomenclatura simples é usada para indicar os diferentes graus de penetração relativa de uma partícula de PM no sistema cardiovascular . As partículas inaláveis não penetram além dos brônquios , pois são filtradas pelos cílios . As partículas torácicas podem penetrar diretamente nos bronquíolos terminais, enquanto as PM 0,1 , que podem penetrar nos alvéolos , na área de troca gasosa e, portanto, no sistema circulatório são denominadas partículas respiráveis . Em analogia, a fração de poeira inalável é a fração de poeira que entra no nariz e na boca e pode se depositar em qualquer parte do trato respiratório. A fração torácica é a fração que entra no tórax e é depositada nas vias respiratórias do pulmão. A fração respirável é a que se deposita nas regiões de troca gasosa (alvéolos).

As menores partículas, com menos de 100 nanômetros ( nanopartículas ), podem ser ainda mais prejudiciais ao sistema cardiovascular. As nanopartículas podem passar através das membranas celulares e migrar para outros órgãos, incluindo o cérebro. As partículas emitidas por motores a diesel modernos (comumente chamados de Diesel Particulate Matter , ou DPM) estão normalmente na faixa de 100 nanômetros (0,1 micrômetros). Essas partículas de fuligem também carregam substâncias cancerígenas como os benzopirenos adsorvidos em sua superfície. A massa das partículas não é uma medida adequada do perigo para a saúde, porque uma partícula de 10 μm de diâmetro tem aproximadamente a mesma massa de 1 milhão de partículas de 100 nm de diâmetro, mas é muito menos perigosa, pois é improvável que entre nos alvéolos. Os limites legislativos para as emissões do motor com base na massa, portanto, não são protetores. Existem propostas para novos regulamentos em alguns países, com sugestões para limitar a área de superfície das partículas ou a contagem de partículas (quantidade numérica).

O local e a extensão da absorção dos gases e vapores inalados são determinados por sua solubilidade em água. A absorção também depende das taxas de fluxo de ar e da pressão parcial dos gases no ar inspirado. O destino de um contaminante específico depende da forma em que ele existe (aerossol ou partículas). A inalação também depende da taxa de respiração do sujeito.

Outra complexidade não totalmente documentada é como o formato do PM pode afetar a saúde, exceto pelo formato em forma de agulha das fibras de amianto , que podem se alojar nos pulmões. As formas geométricas angulares têm mais área de superfície do que as formas arredondadas, o que, por sua vez, afeta a capacidade de ligação da partícula a outras substâncias possivelmente mais perigosas.

Problemas de saúde

Informações sobre a qualidade do ar no PM10 exibidas em Katowice , Polônia

Os efeitos da inalação de partículas que foram amplamente estudados em humanos e animais incluem asma , câncer de pulmão, doenças respiratórias, doenças cardiovasculares, parto prematuro , defeitos de nascença, baixo peso ao nascer e morte prematura. Partículas finas externas com diâmetro inferior a 2,5 mícrons são responsáveis ​​por 4,2 milhões de mortes anuais em todo o mundo e mais de 103 milhões de anos de vida perdidos ajustados por incapacidade , tornando-se o quinto principal fator de risco de morte. As partículas podem causar danos aos tecidos ao entrar nos órgãos diretamente ou indiretamente por inflamação sistêmica . Impactos adversos podem ocorrer mesmo em níveis de exposição inferiores aos padrões publicados de qualidade do ar considerados seguros.

Partículas finas antropogênicas como principal perigo

O aumento dos níveis de partículas finas no ar como resultado da poluição do ar por partículas antropogênicas "está consistente e independentemente relacionado aos efeitos mais sérios, incluindo câncer de pulmão e outra mortalidade cardiopulmonar ." A associação entre um grande número de mortes e outros problemas de saúde e poluição por partículas foi demonstrada pela primeira vez no início dos anos 1970 e foi reproduzida muitas vezes desde então. Estima-se que a poluição por PM causa 22.000–52.000 mortes por ano nos Estados Unidos (desde 2000) contribuiu para ~ 370.000 mortes prematuras na Europa durante 2005. e 3,22 milhões de mortes em todo o mundo em 2010 de acordo com a carga global de colaboração de doenças .

Um estudo em 2000 conduzido nos Estados Unidos explorou como o material particulado fino pode ser mais prejudicial do que o material particulado grosso. O estudo foi baseado em seis cidades diferentes. Eles descobriram que as mortes e visitas a hospitais causadas por partículas no ar eram principalmente devido a partículas finas. Da mesma forma, um estudo de 1987 sobre dados americanos de poluição do ar descobriu que as partículas finas e os sulfatos, ao contrário das partículas mais grossas, se correlacionavam de forma mais consistente e significativa com as taxas de mortalidade anual total em áreas estatísticas metropolitanas padrão .

Gravidez, fetos e efeitos do nascimento

Taxas mais altas de infertilidade foram correlacionadas com a exposição a partículas.

Além disso, a inalação de PM 2,5 - PM 10 está associada a risco elevado de resultados adversos na gravidez, como baixo peso ao nascer . A exposição materna ao PM 2.5 durante a gravidez também está associada à hipertensão em crianças. A exposição ao PM 2,5 foi associada a maiores reduções no peso ao nascer do que a exposição ao PM 10 . A exposição à MP pode causar inflamação, estresse oxidativo, desregulação endócrina e acesso prejudicado ao transporte de oxigênio para a placenta, todos mecanismos que aumentam o risco de baixo peso ao nascer. Evidências epidemiológicas e toxicológicas gerais sugerem que existe uma relação causal entre as exposições de longo prazo ao PM 2.5 e os resultados de desenvolvimento (ou seja, baixo peso ao nascer). No entanto, os estudos que investigam a importância da exposição específica do trimestre provaram ser inconclusivos, e os resultados dos estudos internacionais foram inconsistentes no desenho de associações de exposição pré-natal a partículas e baixo peso ao nascer. Como os resultados perinatais têm sido associados à saúde ao longo da vida e a exposição a partículas em suspensão é generalizada, esta questão é de importância crítica para a saúde pública e pesquisas adicionais serão essenciais para informar as políticas públicas sobre o assunto.

Doenças cardiovasculares e respiratórias

Um estudo de 2002 indicou que o PM 2.5 leva a altos depósitos de placas nas artérias , causando inflamação vascular e aterosclerose - um endurecimento das artérias que reduz a elasticidade, o que pode levar a ataques cardíacos e outros problemas cardiovasculares . Uma meta-análise de 2014 relatou que a exposição de longo prazo a partículas está ligada a eventos coronários. O estudo incluiu 11 coortes participantes do Estudo Europeu de Coortes para os Efeitos da Poluição do Ar (ESCAPE) com 100.166 participantes, acompanhados por uma média de 11,5 anos. Um aumento na exposição anual estimada ao PM 2,5 de apenas 5 μg / m 3 foi associado a um aumento de 13% no risco de ataques cardíacos. Em 2017, um estudo revelou que o PM não afeta apenas células e tecidos humanos, mas também afeta bactérias que causam doenças em humanos. Este estudo concluiu que a formação de biofilme , tolerância a antibióticos e colonização de Staphylococcus aureus e Streptococcus pneumoniae foram alteradas pela exposição ao carbono negro .

O maior estudo dos EUA sobre os efeitos agudos na saúde da poluição por partículas grossas entre 2,5 e 10 micrômetros de diâmetro foi publicado em 2008 e encontrou uma associação com admissões hospitalares por doenças cardiovasculares, mas nenhuma evidência de associação com o número de admissões hospitalares por doenças respiratórias. Depois de levar em consideração os níveis de partículas finas (PM 2,5 e menos), a associação com partículas grossas permaneceu, mas não era mais estatisticamente significativa, o que significa que o efeito é devido à subseção de partículas finas.

A agência governamental da Mongólia registrou um aumento de 45% na taxa de doenças respiratórias nos últimos cinco anos (relatado em setembro de 2014). Asma brônquica, doença pulmonar obstrutiva crônica e pneumonia intersticial foram as doenças mais comuns tratadas pelos hospitais da região. Os níveis de morte prematura, bronquite crônica e doenças cardiovasculares estão aumentando rapidamente.

Riscos cognitivos

Os efeitos da poluição do ar e das partículas no desempenho cognitivo tornaram-se uma área ativa de pesquisa. Um estudo longitudinal recente na China comparando a poluição do ar e a exposição a partículas com resultados de testes verbais e de matemática descobriu que a exposição acumulativa impedia os resultados dos testes verbais de homens e mulheres significativamente mais do que os resultados de matemática. O impacto negativo no raciocínio verbal como resultado da exposição a partículas foi mais pronunciado à medida que as pessoas envelhecem e afetam mais os homens do que as mulheres. O nível de declínio cognitivo nas pontuações de raciocínio verbal foi mais pronunciado em indivíduos com menor escolaridade (diploma do ensino médio ou inferior). A exposição de curto prazo a partículas foi associada ao declínio cognitivo de curto prazo em adultos saudáveis.

As partículas também parecem ter um papel na patogênese da doença de Alzheimer e no envelhecimento precoce do cérebro

Morte aumentada

A Organização Mundial da Saúde (OMS) estimou em 2005 que "... poluição do ar por partículas finas (PM (2,5)), causa cerca de 3% da mortalidade por doenças cardiopulmonares, cerca de 5% da mortalidade por câncer de traqueia, brônquios e pulmão, e cerca de 1% da mortalidade por infecções respiratórias agudas em crianças menores de 5 anos, em todo o mundo. ". Um estudo de 2011 concluiu que o escapamento do tráfego é a causa isolada mais séria de ataque cardíaco evitável no público em geral, a causa de 7,4% de todos os ataques.

Estudos de partículas em Bangkok, Tailândia, a partir de 2008 indicaram um aumento de 1,9% no risco de morrer de doenças cardiovasculares e 1,0% no risco de todas as doenças para cada 10 microgramas por metro cúbico. Os níveis foram em média de 65 em 1996, 68 em 2002 e 52 em 2004. Os níveis decrescentes podem ser atribuídos às conversões de diesel para combustão de gás natural, bem como regulamentos aprimorados.

Disparidades raciais

Tem havido muitos estudos ligando a raça ao aumento da proximidade com partículas em suspensão e, portanto, a suscetibilidade a efeitos adversos à saúde que ocorrem em conjunto com a exposição de longo prazo. Em um estudo que analisa os efeitos da poluição do ar em bairros racialmente segregados nos Estados Unidos, os resultados mostram que “a proporção de residentes negros em um trato estava ligada a taxas mais altas de asma”. Muitos estudiosos associam essa desproporcionalidade à segregação racial da habitação e suas respectivas desigualdades em “exposições tóxicas”. Essa realidade é agravada pela descoberta de que “os cuidados de saúde ocorrem no contexto de uma desigualdade social e econômica histórica e contemporânea mais ampla e da discriminação racial e étnica persistente em muitos setores da vida americana”. A proximidade residencial de instalações emissoras de partículas aumenta a exposição ao PM 2,5, o que está relacionado ao aumento das taxas de morbidade e mortalidade. Vários estudos confirmam que a carga das emissões de PM é maior entre as populações não-brancas e pobres, embora alguns digam que a renda não impulsiona essas diferenças. Essa correlação entre raça e repercussões na saúde relacionadas à habitação deriva de um antigo problema de justiça ambiental vinculado à prática do redlining histórico. Um exemplo desses fatores contextualizados é uma área do sudeste da Louisiana, coloquialmente apelidada de 'Corredor do Câncer' por sua alta concentração de mortes relacionadas ao câncer devido a fábricas de produtos químicos vizinhas. Sendo o Cancer Alley uma comunidade de maioria afro-americana, com a vizinhança mais próxima da planta sendo 90% negra, perpetua a narrativa científica de que as populações negras estão localizadas desproporcionalmente mais perto de áreas de alta produção de PM do que as populações brancas. Um artigo de 2020 relaciona os efeitos de longo prazo na saúde de viver em altas concentrações de PM ao aumento do risco, propagação e taxas de mortalidade do SARS-CoV-2 ou COVID-19, e falha uma história de racismo para esse resultado. 

Risco de fumaça de incêndio florestal

Há um risco maior de exposição a partículas em regiões onde os incêndios florestais são persistentes. A fumaça de incêndios florestais pode afetar grupos sensíveis, como idosos, crianças, mulheres grávidas e pessoas com pulmão e doenças cardiovasculares. Um estudo descobriu que na temporada de incêndios florestais de 2008 na Califórnia, o material particulado era muito mais tóxico para os pulmões humanos, pois o aumento do infiltrado de neutrófilos, influxo celular e edema foi observado em comparação com o material particulado do ar ambiente. Além disso, partículas de incêndios florestais têm sido associadas a um fator desencadeante de eventos coronários agudos, como doença cardíaca isquêmica. Incêndios florestais também foram associados ao aumento de visitas ao departamento de emergência devido à exposição a partículas, bem como a um aumento do risco de eventos relacionados à asma. Além disso, foi descoberta uma ligação entre PM2.5 de incêndios florestais e aumento do risco de hospitalizações por doenças cardiopulmonares.

Conhecimento da indústria de energia e resposta aos efeitos adversos à saúde

As principais empresas de energia compreenderam, pelo menos desde 1960, que o uso de seus produtos causa efeitos adversos generalizados à saúde e morte, mas continuou o lobby político agressivo nos Estados Unidos e em outros lugares contra a regulamentação do ar limpo e lançou grandes campanhas de propaganda corporativa para semear dúvidas sobre o vínculo causal entre a queima de combustíveis fósseis e os principais riscos à vida humana. Os memorandos internos da empresa revelam que cientistas e executivos da indústria de energia sabiam que os poluentes atmosféricos criados por combustíveis fósseis se alojam profundamente no tecido pulmonar humano e causam defeitos de nascença em filhos de trabalhadores da indústria de petróleo. Os memorandos da indústria reconhecem que os automóveis "são de longe as maiores fontes de poluição do ar" e também que a poluição do ar causa efeitos adversos à saúde e aloja toxinas, incluindo substâncias cancerígenas , "profundamente nos pulmões que, de outra forma, seriam removidas pela garganta".

Em resposta à crescente preocupação pública, a indústria acabou criando a Global Climate Coalition , um grupo de lobby da indústria, para descarrilar as tentativas dos governos de regular a poluição do ar e criar confusão na mente do público sobre a necessidade de tal regulamentação. Esforços semelhantes de lobby e relações públicas corporativas foram empreendidos pelo American Petroleum Institute , uma associação comercial da indústria de petróleo e gás, e pelo think tank privado que nega as mudanças climáticas , The Heartland Institute . “A resposta dos interesses dos combustíveis fósseis vem do mesmo manual - primeiro eles sabem, depois planejam, depois negam e depois atrasam. Eles recorreram ao atraso, às formas sutis de propaganda e ao enfraquecimento da regulamentação ”, disse Geoffrey Supran, pesquisador da história das empresas de combustíveis fósseis e mudança climática da Universidade de Harvard. Esses esforços foram comparados, por analistas de política como Carroll Muffett do Center for International Environmental Law , à estratégia da indústria do tabaco de fazer lobby e campanhas de propaganda corporativa para criar dúvidas sobre a conexão causal entre o tabagismo e o câncer e para evitar sua regulamentação. Além disso, defensores financiados pela indústria, quando nomeados para cargos de alto escalão no governo dos Estados Unidos, revisaram as descobertas científicas que mostram os efeitos mortais da poluição do ar e reverteram sua regulamentação.

Efeitos na vegetação

O material particulado pode obstruir as aberturas estomáticas das plantas e interferir nas funções da fotossíntese. Desse modo, altas concentrações de partículas na atmosfera podem causar retardo no crescimento ou mortalidade em algumas espécies de plantas.

Regulamento

Devido aos efeitos altamente tóxicos do material particulado para a saúde, a maioria dos governos criou regulamentações tanto para as emissões permitidas de certos tipos de fontes de poluição (veículos motorizados, emissões industriais, etc.) quanto para a concentração ambiental de partículas. O IARC e a OMS designam particulados como cancerígenos do Grupo 1 . As partículas são a forma mais mortal de poluição do ar devido à sua capacidade de penetrar profundamente nos pulmões e nos fluxos de sangue não filtrados, causando doenças respiratórias , ataques cardíacos e morte prematura . Em 2013, o estudo ESCAPE envolvendo 312.944 pessoas em nove países europeus revelou que não havia nível seguro de partículas e que para cada aumento de 10 μg / m 3 em PM 10 , a taxa de câncer de pulmão aumentava 22%. Para PM 2,5, houve um aumento de 36% no câncer de pulmão por 10 μg / m 3 . Em uma meta-análise de 2014 de 18 estudos em todo o mundo, incluindo os dados ESCAPE, para cada aumento de 10 μg / m 3 em PM 2,5 , a taxa de câncer de pulmão aumentou 9%.

Austrália

PM 10 PM 2,5
Média anual 25 μg / m 3 8 μg / m 3
Média diária (24 horas)

Número permitido de excedências por ano

50 μg / m 3

Nenhum

25 μg / m 3

Nenhum

A Austrália estabeleceu limites para partículas no ar:

Canadá

No Canadá, o padrão para material particulado é definido nacionalmente pelo Conselho Canadense de Ministros do Meio Ambiente (CCME) da província federal . As jurisdições (províncias e territórios) podem definir padrões mais rigorosos. O padrão CCME para partículas 2,5 (PM 2,5 ) em 2015 é 28 μg / m 3 (calculado usando a média de 3 anos do 98º percentil anual das concentrações médias diárias de 24 horas) e 10 μg / m 3 (3 média anual da média anual). Os padrões de PM 2.5 aumentarão em rigor em 2020.

China

PM 10 PM 2,5
Média anual 70 μg / m 3 35 μg / m 3
Média diária (24 horas)

Número permitido de excedências por ano

150 μg / m 3

Nenhum

75 μg / m 3

Nenhum

A China estabeleceu limites para partículas no ar:

União Européia

PM 10 PM 2,5
Média anual 40 μg / m 3 25 μg / m 3
Média diária (24 horas)

Número permitido de excedências por ano

50 μg / m 3

35

Nenhum

Nenhum

A União Europeia estabeleceu os padrões de emissão europeus , que incluem limites para partículas no ar:

Índice Europeu de Qualidade do Ar Boa Feira Moderado Pobre Muito pobre Extremamente pobre
Partículas menores que 2,5μm (PM 2,5 ) 0-10 μg / m 3 10-20 μg / m 3 20-25 μg / m 3 25-50 μg / m 3 50-75 μg / m 3 75-800 μg / m 3
Partículas menores que 10μm (PM 10 ) 0-20 μg / m 3 20-40 μg / m 3 40-50 μg / m 3 50-100 μg / m 3 100-150 μg / m 3 150-1200 μg / m 3

Hong Kong

PM 10 PM 2,5
Média anual 50 μg / m 3 35 μg / m 3
Média diária (24 horas)

Número permitido de excedências por ano

100 μg / m 3

9

75 μg / m 3

9

Hong Kong estabeleceu limites para partículas no ar:

Japão

PM 10 PM 2,5
Média anual Nenhum 15 μg / m 3
Média diária (24 horas)

Número permitido de excedências por ano

100 μg / m 3

Nenhum

35 μg / m 3

Nenhum

O Japão estabeleceu limites para partículas no ar:

Coreia do Sul

PM 10 PM 2,5
Média anual 50 μg / m 3 15 μg / m 3
Média diária (24 horas)

Número permitido de excedências por ano

100 μg / m 3

Nenhum

35 μg / m 3

Nenhum

A Coreia do Sul estabeleceu limites para partículas no ar:

Taiwan

PM 10 PM 2,5
Média anual 65 μg / m 3 15 μg / m 3
Média diária (24 horas)

Número permitido de excedências por ano

125 μg / m 3

Nenhum

35 μg / m 3

Nenhum

Taiwan estabeleceu limites para partículas no ar:

Estados Unidos

PM 10 PM 2,5
Média anual Nenhum 12 μg / m 3
Média diária (24 horas)

Número permitido de excedências por ano

150 μg / m 3

1

35 μg / m 3

Não aplicável

A Agência de Proteção Ambiental dos Estados Unidos (EPA) estabeleceu padrões para as concentrações de PM 10 e PM 2,5 . (Consulte os padrões nacionais de qualidade do ar ambiente )

Tendências da qualidade do ar nos Estados Unidos

Califórnia

Tendências da qualidade do ar no oeste dos Estados Unidos

Em outubro de 2008, o Departamento de Controle de Substâncias Tóxicas (DTSC), da Agência de Proteção Ambiental da Califórnia , anunciou sua intenção de solicitar informações sobre métodos de testes analíticos, destino e transporte no meio ambiente e outras informações relevantes dos fabricantes de nanotubos de carbono . O DTSC está exercendo sua autoridade de acordo com o Código de Saúde e Segurança da Califórnia, Capítulo 699, seções 57018-57020. Essas seções foram adicionadas como resultado da adoção da Assembléia Bill AB 289 (2006). Destinam-se a disponibilizar mais informações sobre o destino e transporte, detecção e análise e outras informações sobre produtos químicos. A lei atribui a responsabilidade de fornecer essas informações ao Departamento sobre aqueles que fabricam ou importam os produtos químicos.

Em 22 de janeiro de 2009, uma carta formal de solicitação de informações foi enviada aos fabricantes que produzem ou importam nanotubos de carbono na Califórnia, ou que podem exportar nanotubos de carbono para o estado. Esta carta constitui a primeira implementação formal das autoridades regulamentadas pela AB 289 e é direcionada aos fabricantes de nanotubos de carbono, tanto a indústria quanto a academia dentro do estado, e a fabricantes fora da Califórnia que exportam nanotubos de carbono para a Califórnia. Essa solicitação de informações deve ser atendida pelos fabricantes no prazo de um ano. O DTSC está aguardando o prazo final de 22 de janeiro de 2010 para respostas à chamada de dados.

A California Nano Industry Network e DTSC sediaram um simpósio de um dia inteiro em 16 de novembro de 2009 em Sacramento, CA. Este simpósio proporcionou uma oportunidade de ouvir especialistas da indústria de nanotecnologia e discutir futuras considerações regulatórias na Califórnia.

A DTSC está expandindo a Chamada de Informações Químicas Específicas para membros dos óxidos de nanometal, as informações mais recentes podem ser encontradas em seu site.

Colorado

Tendências da qualidade do ar no sudoeste dos Estados Unidos

Os pontos-chave do Plano Colorado incluem a redução dos níveis de emissão e soluções por setor. Agricultura, transporte, eletricidade verde e pesquisa de energia renovável são os principais conceitos e objetivos deste plano. Programas políticos, como o teste obrigatório de emissões de veículos e a proibição de fumar em ambientes fechados, são ações tomadas pelo governo local para criar consciência pública e participação em um ar mais limpo. A localização de Denver próxima às Montanhas Rochosas e vasta extensão de planícies torna a área metropolitana da capital do Colorado um lugar provável para poluição atmosférica e visível.

Áreas afetadas

Condados dos EUA violando padrões nacionais de PM 2.5
Condados dos EUA violando padrões nacionais de PM 10
Concentração de PM 10 na Europa
Concentração de PM 2,5 (Índice Europeu de Qualidade do Ar) durante o intervalo de tempo em uma cidade na Itália 2019-2020

A poluição de material particulado mais concentrada resultante da queima de combustíveis fósseis por transporte e fontes industriais tende a ocorrer em áreas metropolitanas densamente povoadas em países em desenvolvimento, como Delhi e Pequim .

Austrália

A poluição por PM10 em áreas de mineração de carvão na Austrália, como Latrobe Valley em Victoria e Hunter Region em New South Wales, aumentou significativamente durante 2004 a 2014. Embora o aumento não tenha adicionado significativamente às estatísticas de não realização, a taxa de aumento aumentou a cada ano durante 2010 a 2014.

China

Algumas cidades no norte da China e no sul da Ásia tiveram concentrações acima de 200 μg / m 3 até alguns anos atrás. Os níveis de PM nas cidades chinesas têm sido extremos nos últimos anos, atingindo o máximo histórico em Pequim em 12 de janeiro de 2013, de 993 μg / m 3 .

Para monitorar a qualidade do ar do sul da China, o Consulado dos EUA em Guangzhou instalou um monitor PM 2.5 na Ilha Shamian em Guangzhou e exibe as leituras em seu site oficial e plataformas sociais.

Ulaanbaatar

A capital da Mongólia , Ulaanbaatar, tem uma temperatura média anual de cerca de 0 ° C, o que a torna a capital mais fria do mundo. Cerca de 40% da população vive em apartamentos, 80% dos quais são abastecidos com sistemas de aquecimento central provenientes de 3 centrais combinadas de calor e energia. Em 2007, as usinas consumiram quase 3,4 milhões de toneladas de carvão. A tecnologia de controle de poluição está em más condições.

Os outros 60% da população residem em favelas (distritos da Alemanha), que se desenvolveram devido à nova economia de mercado do país e ao inverno muito frio. Os pobres desses distritos cozinham e aquecem suas casas de madeira com fogões internos movidos a lenha ou carvão. A poluição atmosférica resultante é caracterizada por níveis elevados de dióxido de enxofre e óxido de nitrogênio e concentrações muito altas de partículas transportadas pelo ar e material particulado (PM). As concentrações anuais médias sazonais de partículas foram registradas em até 279 μg / m 3 (microgramas por metro cúbico). O nível médio anual de PM 10 recomendado pela Organização Mundial da Saúde é 20 μg / m 3 , o que significa que os níveis médios anuais de PM 10 de Ulaanbaatar são 14 vezes mais altos do que o recomendado.

Nos meses de inverno, em particular, a poluição atmosférica obscurece o ar, afetando a visibilidade na cidade a tal ponto que os aviões em algumas ocasiões são impedidos de pousar no aeroporto.

Além das emissões da chaminé, outra fonte não contabilizada no inventário de emissões são as cinzas volantes dos tanques de cinzas, o local de disposição final das cinzas volantes que foram coletadas em tanques de decantação. Lagoas de cinzas são continuamente erodidas pelo vento durante a estação seca.

Veja também

Notas

Referências

Leitura adicional

links externos