miniatura|Contaminación industrial Las partículas en suspensión (total de partículas suspendidas: TPS) (o material particulado (PM)) son mezclas de partículas sólidas o líquidas dispersas en la atmósfera y que se caracterizan por su pequeño tamaño que hace que permanezcan en suspensión estacionaria en el aire durante periodos largos de tiempo, que pueden variar de unas pocas horas a varios meses e incluso años. Su presencia en el aire puede ser debida a causas naturales (huracanes, actividad volcánica, etcétera) o de origen antropogénico, es decir, como consecuencia de la actividad humana (explotación de canteras, quema de combustibles, tráfico, entre otras).Spiro, Thomas G.; Stigliani, William M. Química Medioambiental. 2a. edición. Pearson Prentice Hall. Madrid. 1996, pág. 225.
Varios son los factores que determinan el tiempo de permanencia de estas partículas en suspensión en el seno del aire. En general, las partículas relativamente grandes retornan rápidamente a la superficie terrestre tras su emisión a la atmósfera. Excepto que las partículas sean de muy baja densidad, la mayor parte de las partículas de diámetro superior a 10 µm solo pueden sustentarse en el aire por medio de fuertes corrientes convectivas ascendentes o vientos de cierta velocidad. Si las partículas son muy pequeñas (<0,02 µm) su tiempo de permanencia en el aire también es muy corto, del orden de unas pocas horas, ya que coagulan rápidamente por colisión con otras partículas o incrementan su tamaño debido a fenómenos de condensación, a menudo favorecidos por el descenso de la temperatura o por el aumento de la humedad relativa. Sin embargo, las partículas con tamaños intermedios, entre 0.01 y 1 µm son capaces de permanecer suspendidas en el aire durante largos periodos de tiempo, de varios meses, lo que facilita su traslado y difusión atmosférica movidas por los vientos.
Efectos de las partículas en suspensión miniaturadeimagen|165px|Estación medidora de polución atmosférica en Emden, Alemania. Las partículas contaminantes atmosféricas no son idénticas física y químicamente, sino que están constituidas por una amplia variedad de tamaños, formas y composiciones químicas. Algunas son nocivas para la salud, alteran las propiedades de la atmósfera ante la luz solar o reducen la visibilidad.
Desequilibrio de la radiación terrestre y en el clima Las partículas en suspensión juegan un importante papel en la química de la atmósfera. Muchas de las reacciones entre componentes atmosféricos, contaminantes o no, se producen en la superficie del material particulado o en el agua absorbida en la superficie de las partículas y en muchos casos, estas partículas actúan como núcleos de condensación que facilitan la formación de nubes, nieblas o la misma lluvia, por lo que su presencia en la atmósfera tiene un significativo efecto sobre la climatología. Otros efectos, también relacionados con material particulado son de tipo físico y tienen que ver con los efectos ópticos que producen. Las partículas de menor diámetro (< 0.1 µm) dan lugar a dispersión de la luz por efecto Rayleigh, mientras que las de diámetro comprendido entre 0.1 – 1 dan lugar a efectos de interferencia. Dado que este diámetro es similar a la longitud de onda de la radiación visible, las propiedades dispersantes de este tipo de partículas es especialmente significativo, generando pérdida de visibilidad y efectos de enfriamiento del aire. Sin embargo, algunos tipos de partículas, debido a su composición química, capaz de absorber radiación infrarroja, producen el efecto contrario, contribuyendo al calentamiento de la atmósfera.
Efectos nocivos sobre la salud La mayor importancia del material particulado de la atmósfera está en relación con los efectos sobre la salud. Las partículas relativamente grandes, de diámetro mayor de 10 µm, apenas penetran en el sistema respiratorio, quedando retenidas en la cavidad nasal y en la faringe, de donde son fácilmente eliminadas mediante los mecanismos habituales de secreción mucosa, estornudo, etc. Sin embargo, las partículas de menor tamaño pueden penetrar hasta la zona bronquial, pudiendo alcanzar los alveolos pulmonares, donde se acumulan con el tiempo, ya que su expulsión mediante mecanismos fisiológicos es prácticamente imposible. Esta situación, a la larga, conlleva importantes efectos sobre la salud de las personas expuestas, como agravamiento del asma, incremento de los casos de cáncer, formas devastadoras de demencia, enfermedades cardiovasculares, y en general un aumento de la mortalidad y la morbilidad.De Nevers Noel. Ingeniería en ingeniería de ingeniería de investigación de control de la contaminación del aire. Mc Graw Hill. México, D. F. 1998, pág. 183. En 2021, en una publicación del Journal Environmental Research, se concluyó que las partículas que viajan en los gases que recalientan el planeta causan el 20 % de las muertes prematuras mundiales. En 2025, un estudio mostró que la exposición a largo plazo a aire contaminado acelera el desarrollo de demencia. Las partículas en suspensión en el aire provocan la formación de aglomeraciones tóxicas de proteínas en el cerebro, que son características de la demencia con cuerpos de Lewy.
Origen y composición de las partículas atmosféricas Las partículas gruesas empiezan su existencia como materia aún más gruesa, ya que se originan básicamente por desintegración de fragmentos grandes de materia. Muchas de las partículas grandes del polvo atmosférico, particularmente en áreas rurales, se originan en el suelo o en rocas. Las actividades humanas, como la quema de combustibles fósiles en vehículos o centrales térmicas, la quema de rastrojos, las torres de refrigeración, estufas de leña y varios procesos industriales también generan cantidades significativas de partículas. Además de estas dos fuentes primarias, las partículas pueden originarse por procesos secundarios de reacción de gases contaminantes en la atmósfera. thumb|365px|Esquema de clasificación de las fuentes de emisión de partículas. Principales constituyentes del material particulado y su origenComponenteOrigenMaterial carbonáceoHumo, quema de combustiblesNa+, K+, Ca2+, Mg2+Sal marina y polvo arrastrado por el vientoSO42-Quema de combustibles fósiles (carbón y derivados del petróleo)NO3-Motores de combustión internaNH4+Desechos de origen animal (estiércol, purines, etc.)Cl-Sal marina. Quema de materiales cloradosMinerales insolublesPolvo arrastrado por el viento Consecuentemente la composición elemental de las partículas es similar a la respectiva de la corteza terrestre: elevados contenidos de aluminio (Al), calcio (Ca), silicio (Si) y oxígeno (O), en sales de aluminosilicatos.
En el aire cercano a la superficie de los océanos, los contenidos de cloruro de sodio (NaCl: sal común) sólido son elevados, ya que el aerosol marino suministra partículas de NaCl, por evaporación del agua de mar. El polen emitido por las plantas también contiene partículas gruesas, en el rango de 10 a 100 µm (micrómetros). Por dimensiones, la mayor parte de las partículas de cenizas volcánicas son gruesas.
La fuente de las partículas gruesas, incluidas las naturales –como las de erupciones volcánicas– y las causadas por actividades humanas –cultivo de la tierra, trituración de canteras, etcétera– proviene de la parte superficial del suelo y de las rocas, que levanta el viento. En muchas regiones las partículas gruesas son químicamente básicas, lo cual denota que se han originado de carbonato de calcio y de otros minerales de pH básico existentes en el suelo.
Opuestamente al origen de las partículas gruesas, que resultan principalmente de ruptura de otras más grandes, las finas se generan, primordialmente, por reacciones químicas y de condensación de materias más pequeñas, incluidas moléculas en estado de vapor. El contenido orgánico medio en las partículas finas es, por lo general, mayor que en las grandes. Por ejemplo, la combustión incompleta de combustibles a base de carbono, como el carbón mineral o el vegetal, el petróleo, la gasolina y el diésel, generan muchas partículas pequeñas de hollín, que son principalmente cristales de carbono. Las partículas finas también contienen metales pesados.
En consecuencia, una de las fuentes de las partículas atmosféricas carbonosas, tanto finas como gruesas, son los gases de escape de vehículos, en especial de los que funcionan con diésel. Otro tipo de importantes partículas finas suspendidas en la atmósfera está constituido dominantemente por compuestos inorgánicos de azufre y de nitrógeno.
Las especies de azufre se originan del gas dióxido de azufre (o anhídrido sulfuroso: SO2), generado en fuentes naturales (volcanes) y por polución en centrales de energía y en fundiciones. En el transcurso de horas a días, este gas se oxida a ácido sulfúrico (H2SO4) y a sulfatos, en el aire. El H2SO4 se desplaza en el aire no como gas, sino en pequeñas gotas de aerosol, ya que le es propia mucha avidez por las moléculas de agua.
Índices de calidad del aire de materia particulada Los organismos gubernamentales de muchos países están controlando los valores de PM10 (o PM10), es decir el contenido total de partículas de tamaño inferior a 10 µm, que corresponden a todo el rango de partículas finas pequeñas, denominadas «partículas inhalables».
Un valor típico de PM10 en un núcleo urbano es de 30 µm/m³ (micrómetros por metro cúbico). En la actualidad los legisladores utilizan el índice «PM 2,5», que incluye solo las partículas finas, también conocidas como «partículas respirables». El término «ultrafino» se aplica a las partículas de diámetros muy pequeños, normalmente menores que 0,05 µm.
Algunos efectos son, reducción de la claridad visual, de la visibilidad a largas distancias y la cantidad de luz que llega al suelo.
Distribución de partículas thumb|330px|Distribución de partículas en el aire, medidas en micrómetros. Las características comunes de las partículas son ocho: tamaño, distribución de tamaños, forma, densidad, adhesividad, corrosividad, reactividad y toxicidad. La más importante es la distribución de tamaños. Por lo general, como medida del tamaño se utiliza el diámetro aerodinámico de las partículas.
Esta dimensión se mide comúnmente en micrómetros (10-6 m). La unidad de medida mencionada recibe también el nombre de micra. Es muy adecuada para la descripción de la contaminación por partículas, porque los diámetros de muchos de estos corpúsculos –que permanecen suspendidos en el aire e implican peligro– varían de 0,1 a 10 µm.
Las partículas mayores tienden a asentarse rápidamente, por lo cual no causan graves afecciones a la salud humana. En la tabla 1 hay una presentación de las características de distribución de tamaño. Las partículas comprenden cinco órdenes de magnitud, desde micrómetros hasta metros.Baird Colin. Química ambiental. Reverté S. A. Barcelona. 2004, pp. 116-133.
Clasificación de las partículas suspendidas en el aire ClasificaciónComposiciónOMSUSEPAGruesasPolvo, tierra, depósito.>2,5 µm>10 µmFinasAerosoles, metales,partículas de combustión,vapores de compuestosorgánicos condensados.<2,5 µm<10 µm Aunque pocas de las partículas suspendidas en el aire son de forma exactamente esférica, es conveniente y convencional considerar que todas ellas lo fueran. El diámetro mayor de las partículas es su propiedad más importante. A partir de esta equivalencia a métrica se denomina «PM-10» a las partículas de diámetros inferiores a 10 µm, y «PM-2,5» a las de diámetros inferiores a 2,5 µm.
Cualitativamente las partículas individuales se clasifican como: Gruesas, las de diámetros superiores a 2,5 µm Finas, las de diámetros inferiores a 2,5 µm
Tipos principales de partículas atmosféricas Materia mineral thumb|Emisión de partículas por la erupción volcánica del Monte Santa Helena el 18 de mayo de 1980.