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INQUINAMENTO ATMOSFERICO

 di Cosmo Costa

Tutti gli agenti fisici (particolati), chimici e biologici che modificano le caratteristiche naturali dell'atmosfera determinano l’inquinamento atmosferico.

Quando si può parlare di inquinamento atmosferico?

E’ difficile stabilire il confine tra sostanze inquinanti e non inquinanti; a tale proposito,

Williamson (1973) ha definito l’inquinante come un contaminante responsabile di causare effetti nocivi all’ambiente.

Definizione di inquinante atmosferico

Una definizione simile, ma più analitica, è quella che considera l’inquinante un fattore o una sostanza che determina l’alterazione  di una situazione stazionaria attraverso:

·modifica dei parametri fisici e/o chimici;

·variazione di rapporti quantitativi di sostanze già presenti;

·introduzione di composti estranei deleteri per la vita direttamente o indirettamente.

L'impossibilità di avere come pietra di paragone un  ambiente incontaminato, porta a introdurre il concetto di inquinamento atmosferico, in base a  uno standard convenzionale per la qualità dell'aria. Si ritiene perciò inquinata, l'aria la cui composizione eccede limiti stabiliti per legge allo scopo di evitare effetti nocivi sull'uomo, sugli animali, sulla vegetazione, sui materiali o sugli ecosistemi in generale. Esistono inquinanti primari e inquinanti secondari:

·Inquinanti primari: la loro immissione nell'ambiente deriva da una loro emissione o produzione dal comparto; il monossido di carbonio è un esempio di inquinante primario, perché è un sottoprodotto della combustione;

·Inquinanti secondari: la produzione avviene nel comparto stess,o ovvero nell'ambiente ricevente, in seguito a trasformazioni; la formazione di ozono nello smog è un esempio di inquinante secondario.

Esistono inoltre inquinanti, come il particolato fine, in cui  si equivalgono numericamente le componenti primarie e secondarie. Gli inquinanti si possono classificare in base alla composizione chimica, per cui si parla  di composti che contengono zolfo,  azoto, carbonio e composti alogeni.  Si possono  classificare in base allo stato fisico: gassoso, liquido o solido;  si possono suddividere in base al grado di reattività in atmosfera, in sostanze primarie o secondarie. Gli inquinanti primari possono essere di tipo gassoso o particolato.

Tra i gas si segnalano:

·composti dello zolfo: i principali composti che contengono zolfo in atmosfera sono: il biossido di zolfo (SO₂), il solfuro di carbonile (COS), il solfuro di carbonio (CS₂), il solfuro di idrogeno (H₂S), il dimetil sulfato (CH₃)₂SO₄. Vengono originati dalla decomposizione biologica, dalla combustione dei combustibili fossili e di materia organica, dallo spray marino e delle eruzioni vulcaniche. Il biossido di zolfo deriva da processi di combustione, in dipendenza dal contenuto di zolfo del combustibile usato. Esso è altamente solubile in acqua e rimane per poco tempo  nell’atmosfera perché viene eliminato dalle precipitazioni e dalla  sua ossidazione ad anidride solforica in presenza di catalizzatori, quali particelle carboniose, composti azotati, ferro e manganese;

·composti dell'azoto: di tali composti sono considerati inquinanti : il monossido e il biossodo di azoto (No e NO₂) Il primo viene prodotto da sorgenti sia naturali che antropiche, ed in particolare in tutti i processi di combustione; gli NO_x (NO + NO₂) infatti si formano per gran parte attraverso la fusione delle molecole di ossigeno e di azoto, costituenti l'atmosfera, fusione favorita dalle elevate temperature di combustione.

·composti del carbonio: parliamo del monossido di carbonio (CO) e del biossido o anidride carbonica (CO₂). L'anidride carbonica prodotta dalle attività umane deriva dai processi di combustione ed è responsabile delle modificazioni climatiche su scala planetaria. Il monossido di carbonio, invece, è considerato altamente tossico, in quanto, avendo affinità con l'emoglobina, impedisce l'ossigenazione dei tessuti. Ha origine dai fumi di scarico delle auto e in parte minore dalle centrali termoelettriche e dagli impianti di riscaldamento; resta nell’atmosfera per circa un mese e viene estrapolato mediate reazioni fotochimiche in troposfera. Hanno un ruolo importante  nella chimica dell'atmosfera ed in particolare nella regolazione delle capacità ossidative dell'atmosfera stessa, i composti organici e cioè i composti costituiti da carbonio, idrogeno e ossigeno , come: gli idrocarburi , gli aromatici , le aldeidi , i chetoni;

·composti alogenati (HCl, HF, HBr, CFC);

·radicali: questi  sono di norma molto reattivi, in quanto tendono ad appaiare gli elettroni. I radicali di maggior interesse, in quanto reagiscono con gran parte dei composti organici ed inorganici, sono il radicale ossidrile (OH) e idroperossido (HO₂) durante il giorno e il radicale nitrato (NO₃) di notte. La principale sorgente di OH in aria è la fotolisi dell'ozono,  che produce atomi di ossigeno elettronicamente eccitati i quali reagiscono con il vapore acqueo, sempre presente in atmosfera.  Il particolato si classifica in ragione del diametro delle particelle; si considerano grossolane quelle con diametro maggiore di 2.5 µm e fini quelle con diametro inferiore a 2.5 µm. Si distinguono inoltre come inalabili, le particelle con diametro minore di 10 µm (PM10).

I principali inquinanti secondari di tipo gassoso sono:

·NO₂ formato da NO primario;

·O₃ formato per via fotochimica.

Questi gas intervengono nei complessi meccanismi di reazione che costituiscono il cosiddetto "smog fotochimico". Il particolato secondario può derivare da reazioni chimiche e chimico-fisiche che coinvolgono inquinanti gassosi sia primari che secondari. I più noti sono:

·la trasformazione di SO₂ in solfati SO₄;

·la trasformazione di NO₂ in nitrati NO₃;

·la trasformazione di composti organici in particelle organiche.

Particolato

Il particolato è un aerosol di piccole particelle solide classificate in base alle loro dimensioni. Le particelle atmosferiche sono di solito misurate in PTS (Polveri Totali Sospese): PM₁₀. Dalle dimensioni del diametro aerodinamico, dipende la loro pericolosità relativamente alla salute; più è piccolo, maggiore è il danno che arrecano in quanto penetrano più a fondo nelle vie aeree respiratorie. Parliamo delle nano polveri che hanno un diametro paria 0,1 micron .

Contaminanti Gassosi

Contaminanti gassosi importanti sono:

·Monossido di carbonio, (CO): emesso principalmente dai processi di combustione, particolarmente dagli scarichi di veicoli con motori a idrocarburi, a causa di una combustione incompleta. L'inalazione in grandi quantità può causare mal di testa, fatica e problemi respiratori. Il limite massimo previsto per legge in Italia è di 10 mg/m³ in una media di 8 ore . Sopra i 500 mg/m³ può essere letale.

·Anidride carbonica, (CO₂): anche questo gas è emesso principalmente dai processi di combustione, particolarmente dagli scarichi di veicoli con motori a idrocarburi, escluso il metano. È il gas serra maggiormente responsabile del riscaldamento globale dovuto ad attività antropiche.

·Clorofluorocarburi, che distruggono lo strato di ozono della stratosfera.

·Piombo e altri metalli pesanti: tossici e spesso cancerogeni, mutageni e teratogeni.

·Ossidi di azoto (NO_x):  è irritante per gli occhi ed il tratto respiratorio. L'inalazione può causare edema polmonare,  può avere effetti sul sangue, causando formazione di metaemoglobina. I vari ossidi di azoto reagiscono  con gli idrocarburi nell'atmosfera, generano smog fotochimico. Sono anche precursori del particolato fine.

·Diossido di zolfo generato dalla combustione di carburanti contenenti zolfo, causa le piogge acide

·Ozono l'ozono presente negli strati inferiori dell'atmosfera è un inquinante secondario. Sebbene quello presente negli strati superiori dell'atmosfera (stratosfera) aiuti a ridurre le radiazioni ultraviolette che raggiungono la superficie terrestre, quello presente nella bassa atmosfera è un gas irritante e può causare problemi alla respirazione.

·Composti organici volatili: provengono da vernici, solventi, prodotti per la pulizia e da alcuni carburanti . Il benzene è un cancerogeno, mentre altri sono tra le cause dell'effetto serra.

Effetti degli inquinanti sulla salute umana

Monossido di carbonio, (CO): arreca danni alla  salute umana per la capacità del CO di unirsi all'emoglobina del sangue formando la carbossiemoglobina (COHb). In questo modo il CO occupa il posto normalmente occupato dall'ossigeno, così da ridurre la capacità del sangue di trasporto dell'ossigeno e di conseguenza la quantità di ossigeno che il sangue lascia nei tessuti, inoltre vi è la possibilità che il CO si unisca ad alcuni composti presenti nei tessuti stessi riducendo la loro capacità di assorbire ed usare ossigeno . I danni arrecati dal COHb alla salute umana sono legati essenzialmente agli effetti sul sistema cardiovascolare e sul sistema nervoso.

La meteorologia dell'inquinamento atmosferico

Quasi tutti i fenomeni di inquinamento atmosferico avvengono nella porzione più bassa dell'atmosfera chiamata "Planetary Boundary Layer" (Strato Limite Planetario), o PBL.  I più importanti fattori meteorologici che interessano i fenomeni di inquinamento atmosferico sono :

·il vento orizzontale (velocità e direzione), generato dalla componente geostrofica e modificato dal contributo delle forze di attrito del terreno e da effetti meteorologici locali;

·la stabilità atmosferica, che è un indicatore della turbolenza atmosferica alla quale si devono i rimescolamenti dell'aria e quindi il processo di diluizione degli inquinanti;

·la quota sul livello del mare;

·le inversioni termiche che determinano l'altezza del PBL;

·i movimenti atmosferici verticali dovuti a sistemi baroclini od orografici.

La stabilità atmosferica assume un ruolo fondamentale nella dispersione degli inquinanti. Nella troposfera la temperatura normalmente decresce all'aumentare dell'altitudine. Il profilo di temperatura di riferimento per valutare il comportamento delle masse d'aria è quello osservato per una particella d'aria che si innalza espandendosi adiabaticamente. Quando il profilo reale coincide con quello di riferimento, una particella d'aria , si trova in equilibrio indifferente (atmosfera neutra). Quando la temperatura diminuisce  con l'altezza più velocemente del profilo di riferimento, le particelle d'aria ,si trovano in una condizione instabile, perché se vengono spostate, continuano il loro movimento, allontanandosi dalla posizione di partenza. Se invece la temperatura decresce con l'altezza più lentamente del profilo adiabatico, o addirittura aumenta , le particelle d'aria sono inibite  nei movimenti e la situazione è detta stabile. Condizioni neutre si verificano durante le transizioni notte-giorno, in presenza di copertura nuvolosa, o con forte vento. Condizioni instabili si verificano quando il trasporto di calore dal suolo verso l'alto è notevole, come accade nelle giornate assolate. Le condizioni stabili, che si verificano nelle limpide notte continentali con vento debole, sono le più favorevoli ad un ristagno ed accumulo degli inquinanti. I più gravi episodi di inquinamento si verificano in condizioni di inversione termica; in questi casi, gli inquinanti emessi al di sotto della quota di inversione , non riescono ad innalzarsi poiché risalendo si trovano ad essere comunque più freddi e dunque più pesanti dell'aria circostante.

                                                                                              Cosmo Costa