Le polveri atmosferiche |
|
|
1. Cosa sono?
Con il termine polveri atmosferiche, o materiale particellare, si intende un insieme eterogeneo di particelle solide e liquide che, a causa delle ridotte dimensioni, tendono a rimanere sospese in aria. Le singole particelle sono anche molto diverse tra loro per dimensione, forma, composizione chimica e processo di formazione. L'insieme delle particelle sospese in atmosfera è definito come particolato sospeso P.T.S. (Polveri Totali Sospese) o P.M. (dall’inglese “Particulate Matter”, materiale particellare). Generalmente tali particelle sono costituite da una miscela di elementi quali: Carbonio (organico ed inorganico), fibre, silice, metalli (Ferro, Rame, Piombo, Nichel, Cadmio, …), nitrati, solfati, composti organici (idrocarburi, acidi organici, I.P.A., …), materiale inerte (frammenti di suolo, spore, pollini …), particelle liquide, Tale composizione dipende essenzialmente dal processo di formazione delle stesse particelle e dalle sostanze con cui sono giunte a contatto nella loro permanenza in atmosfera (ad esempio possono fungere da veicolanti di metalli pesanti). Il diametro è compreso tra 0,005 µm e 150µm (lo spessore di un capello umano è di circa 100 µm); all’interno di questo intervallo le polveri atmosferiche sono suddivise in: • particelle grossolane: con diametro superiore ai 10 µm; • particelle fini (PM10): con diametro compreso tra 2,5 µm e 10 µm; • particelle finissime (PM2,5): con diametro inferiore ai 2,5 µm. |
Nonostante tra PM10 e PM2,5 vi sia una certa sovrapposizione dimensionale, le due classi sono generalmente ben distinte sia in termini di sorgenti di emissione e di processi di formazione, sia per quanto riguarda la composizione chimica ed il comportamento nell’atmosfera. 2. Sorgenti Le polveri atmosferiche possono essere di origine naturale o antropica. Le più importanti sorgenti naturali sono riconducibili a: • erosione eolica ed in generale materiale inorganico prodotto da agenti naturali (vento e pioggia); • aerosol biogenico (spore, pollini e frammenti vegetali); • incendi boschivi; • aerosol marino (sali, …); • emissioni vulcaniche. Le più rilevanti sorgenti antropiche sono costituite da: • combustione (riscaldamenti, centrali termoelettriche), soprattutto di carbone, oli, legno e rifiuti; • trasporti (trasporti stradali, aeroplani, navi, treni,…); • processi industriali (cementifici, fonderie, miniere,…); • combustione incontrollata di residui agricoli. In generale si può affermare che le polveri grossolane sono prevalentemente di origine naturale (combustioni incontrollate, erosione e disgregazione del suolo, pollini, spore, …); le polveri più fini hanno invece origine antropica. In particolare il particolato derivante dai processi di combustione (scarichi da autoveicoli, centrali termiche, ecc.) è caratterizzato in massima parte da granulometrie inferiori a 1 2,5 µm, mentre quello derivante da processi meccanici di usura, macinazione, strofinamento (es. usura di freni e gomme degli autoveicoli, usura del manto stradale, ecc.) e risospensione del particolato dal suolo a causa del transito dei veicoli e del vento, è prevalentemente caratterizzato da dimensioni superiori a 2,5 µm. Polveri atmosferiche secondarie Le particelle solide sono originate non solo per emissione diretta (particelle primarie) ma anche per reazioni chimiche e fisiche in atmosfera di composti chimici quali ossidi di azoto e zolfo, ammoniaca, composti organici e ozono. Interessante rilevare come la chimica della formazione dell’ozono è spesso accoppiata alla chimica della formazione delle polveri fini e, questo accoppiamento, è di grande importanza per comprendere i processi che controllano i livelli di ambedue gli inquinanti: • trasformazione di biossido di zolfo (SO2) in solfati in presenza di nebbia o nelle nubi, per opera del perossido di idrogeno (H2O2) o dell’ozono (O3); • trasformazione in fase gassosa con formazione di acido solforico (H2SO4) che rapidamente si trasferisce nella fase particolato per nucleazione o condensazione su superfici di aerosol esistenti; • formazione di acido nitrico (HNO3) dal biossido di azoto (NO2) come reazione finale del ciclo fotochimico (insieme alla formazione di perossiacetilnitrato - PAN), che in presenza di ammoniaca (NH3) porta alla formazione di nitrato di ammonio (fase particolato); l’acido nitrico (HNO3) si forma pure a partire dal radicale NO3- (alla cui origine c’è ozono), tramite reazioni con composti organici o in goccioline d’acqua; • aerosol organico secondario si forma allorché una molecola organica reagisce con OH-, O3 o NO3- per produrre prodotti semivolatili che si ripartiscono tra la fase gassosa e la fase aerosol. In generale le polveri atmosferiche cosiddette “secondarie” (solfati, nitrati, composti organici e ammoniacali), che si forma in atmosfera a causa di reazioni chimiche e fisiche a partire dai precursori, sono costituite prevalentemente da particelle fini (inferiori a 1-2,5 µm) e ultrafini (inferiori a 0,1 µm). Sorgenti di polveri atmosferiche in ambito urbano Le fonti urbane di emissione di polveri nelle aree urbane sono principalmente due: • traffico veicolare; • impianti di riscaldamento civili. Traffico veicolare. Tutti i mezzi di trasporto emettono polveri fini. In particolare i motori diesel e i ciclomotori emettono un quantitativo di polveri, per km percorso, maggiore rispetto ai veicoli a benzina, riconosciuti comunque responsabili della produzione di una certa quantità di questo inquinante. Altrettanto certo è il legame fra la cilindrata del veicolo e la quantità del particolato prodotto: più potente è il veicolo e maggiore è la quantità di particolato prodotto. L'incrocio di queste due osservazioni fa si che i mezzi commerciali pesanti siano i maggiormente inquinanti, seguiti dai commerciali leggeri e dalle automobili. Una fonte di minore importanza è legata all'usura di freni, pneumatici, manto stradale e frizioni, nonché al risollevamento delle frazioni depositate sulla carreggiata dovuto allo stesso traffico. Impianti di riscaldamento civili. Particolarmente critici per quanto concerne le emissioni di polveri sono gli impianti alimentati a combustibili solidi e liquidi (gasolio, olio combustibile, carbone e legna). Poco rilevanti le emissioni di polveri dagli impianti alimentati con combustibili gassosi (metano, GPL). Altre sorgenti. Le fonti di inquinamento industriali sono sempre meno presenti all’interno delle aree urbane, anche se gli inquinanti emessi da camini di altezza elevata possono essere trasportati dagli agenti meteorologici anche su grandi distanze. Parte dell’inquinamento “di fondo” riscontrato in una determinata città può dunque provenire da un’industria situata a diversi km di distanza dal centro urbano. Particelle secondarie. Le polveri fini (PM10) presentano una componente di origine secondaria che nelle aree urbane può arrivare fino al 30-40% in peso. Le particelle cosiddette “secondarie” si formano a partire da inquinanti precursori, in particolare ossidi di azoto (NOx), composti organici volatili (C.O.V.), biossido di zolfo (SO2), ed ammoniaca (NH3). La componente secondaria nelle aree urbane è spesso preponderante nelle polveri finissime (PM2,5). 3. Dove si trovano? Il tempo di permanenza in atmosfera delle polveri dipende principalmente dalla loro dimensione. In particolare le particelle più grossolane si depositano al suolo nell’arco di poche ore e la distanza percorsa è di solito breve. Tuttavia, in situazioni particolari, esse possono raggiungere gli strati più alti dell'atmosfera e percorrere anche notevoli distanze (si pensi ad esempio alla sabbia desertica che raggiunge le nostre città). Al contrario, le particelle più fini di diametro fino ad 1 μm, tendono a “galleggiare” e conseguentemente possono permanere in atmosfera per molti giorni con trasporti anche di centinaia e migliaia di chilometri. Le condizioni più favorevoli al permanere di situazioni di inquinamento da polveri si manifestano soprattutto nella stagione invernale, in presenza di particolari condizioni meteorologiche (alta pressione, elevata stabilità atmosferica, prolungata inversione termica, assenza di precipitazioni). A causa del perdurare di queste situazioni, si sono riscontrati elevati livelli di PM10 nell’aria non solo nelle grandi città, ma anche a notevoli distanze dalle sorgenti principali. Sempre per effetto della loro elevata volatilità, la distribuzione dell’inquinante sul territorio risulta spesso pressoché omogenea anche in territori orograficamente complessi come quello della Provincia di Trento.
Nel grafico soprastante si evidenzia la buona correlazione, statisticamente significativa (r2=0,85), fra le stazioni, distanti 30 Km, di Trento via Veneto e Rovereto via Benacense; questo grafico è ripetibile anche utilizzando i dati degli altri siti di misura delle PM10. La correlazione tra situazione meteorologica e concentrazione di polveri sottili appare molto evidente nella figura che segue in cui si sovrappongono le medie orarie di PM10 misurate unitamente al dato medio orario della velocità del vento (stazione di Rovereto – Largo Posta):
L’abbinamento della concentrazione di PM10 oraria con il dato di velocità del vento evidenzia in che misura il vento è in grado di produrre importanti azioni di pulizia dalle PM10 (in questo caso, particolarmente riguardo all’evento del 9 novembre 2001, si è trattato dell’arrivo di vento freddo e relativamente forte da NE). L’effetto di rimozione evidenziato costituisce una sostanziale forma di diluizione e ricambio delle masse d’aria inquinata nei fondovalle, con aria pulita proveniente da aree non inquinate. L’effettiva rimozione delle polveri atmosferiche avviene tipicamente per deposizione secca (soprattutto per le particelle più grossolane) oppure per deposizione umida, legato alla formazione delle nuvole ed alle precipitazioni. Il processo di rimozione principale e la deposizione umida: le particelle che tendono ad assorbire acqua crescono con l'aumentare dell'umidità relativa e fungono da nucleo di condensazione per la formazione delle goccioline che formano le nuvole. Se le gocce crescono abbastanza da formare la pioggia, le particelle fini vengono rimosse con la precipitazione della goccia. Le precipitazioni inoltre possono agire trascinando con sé le particelle grossolane (per impatto) ed ultrafini (diffusione nella goccia che sta precipitando). Questo meccanismo è però molto meno efficace rispetto a quello che porta alla formazione delle nuvole. 4. Effetti sulla salute e sull’ambiente L’interesse suscitato dalle polveri atmosferiche trae origine storicamente dallo studio di fenomeni acuti di smog, nel corso dei quali le polveri, in combinazione con il biossido di zolfo, hanno determinato il verificarsi di pesanti effetti sanitari. In generale, quanto più piccola è la dimensione delle particelle, tanto maggiore è la loro capacità di penetrare nei polmoni e dunque di produrre effetti dannosi sulla salute umana. Per questo motivo le polveri fini (PM10) ed ancor più le polveri finissime (PM2,5) presentano un interesse sanitario sicuramente superiore rispetto alle polveri totali considerate nel loro insieme (PTS): • particelle grossolane: si fermano nelle prime vie respiratorie; • particelle fini (PM10): dette anche polveri inalabili, penetrano nel tratto superiore delle vie aeree o tratto extratoracico (cavità nasali, faringe e laringe); • particelle finissime (PM2,5): , dette anche polveri respirabili, possono giungere fino alle parti inferiori dell'apparato respiratorio o tratto tracheobronchiale (trachea, bronchi, bronchioli e alveoli polmonari). Le particelle inalate si possono depositare in qualche tratto dell'apparato respiratorio, oppure essere espulse successivamente. Se le particelle depositate sono liquide o solubili possono essere assorbite dai tessuti in qualsiasi punto dove si depositano e provocare dei danni intorno a tale punto; le particelle insolubili possono essere trasportate, in base alle loro dimensioni, verso altre parti del tratto respiratorio o del corpo, dove possono essere assorbite o provocare danni biologici.
In generale la dannosità è dovuta sia alla tossicità propria dei costituenti delle polveri, sia a quella delle sostanze eventualmente assorbite dalle polveri stesse (effetto indiretto). Infatti il particolato, soprattutto quello più fine, agisce da veicolo per sostanze ad elevata tossicità, quali ad esempio alcuni metalli tossici (Piombo, Cadmio ed Nichel) e gli Idrocarburi Policiclici Aromatici (I.P.A.), in particolare il benzo(a)pirene sospettato di produrre l’insorgenza del carcinoma bronchiale in caso di esposizione per un lungo periodo. Gli effetti sanitari del particolato atmosferico possono essere sia a breve termine (irritazione dei polmoni, broncocostrizione, tosse e mancanza di respiro, diminuzione della capacità polmonare, bronchite cronica,…) che a lungo termine (un’esposizione di lungo periodo a basse concentrazioni può indurre il cancro). Sono presenti in letteratura numerosi studi epidemiologici sugli effetti acuti dell'inquinamento atmosferico che hanno dimostrato una correlazione tra le concentrazioni di polveri in aria e la manifestazione di malattie croniche alle vie respiratorie (asma, bronchiti, enfisemi) e di patologie dell'apparato cardiovascolare. In generale tali studi hanno evidenziato una relazione lineare fra l'esposizione a particelle ed effetti sulla salute: quanto più e' alta la concentrazione di particelle nell'aria tanto maggiore è l'effetto sulla salute della popolazione, anche se allo stato attuale delle conoscenze, secondo l'Organizzazione Mondiale della Sanità non e' possibile fissare una soglia di esposizione al di sotto della quale certamente non si verificano nella popolazione degli effetti avversi sulla salute. In particolare le particelle di dimensioni maggiori provocano effetti di irritazione, secchezza e infiammazione del tratto superiore delle vie aeree, quelle invece di dimensioni minori (inferiori a 5-6 µm) possono provocare e aggravare malattie respiratorie croniche (asma, bronchite, enfisema), indurre costrizioni bronchiali, infiammazioni, fibrosi, ischemie, formazioni neoplastiche e più in generale ridurre le difese dell’organismo verso attacchi di altri inquinanti ed infezioni. Recenti studi indicano ad esempio che l'esposizione acuta a PM10 contenenti metalli (ad es. quelle derivanti dai combustibili fossili usati come carburanti) possono causare un vasto spettro di risposte infiammatorie nelle vie respiratorie e nel sistema cardiovascolare (danneggiamento cellulare e aumento della permeabilità cellulare), verosimilmente in relazione alle loro componenti metalliche. La tabella seguente riassume le conseguenze sulla salute dell'inquinamento atmosferico, a breve e a lungo termine, stimati per un aumento di 10 µg/m3 della concentrazione di PM10, sulla base della letteratura epidemiologica attualmente disponibile (dalle “Linee guida sulla qualità dell'aria Organizzazione Mondiale della Sanità 2000”):
Sulla base degli studi epidemiologici, risultano particolarmente suscettibili agli effetti del particolato i bambini, gli anziani e le persone con malattie cardiocircolatorie e polmonari (asma, bronchiti, …), nonché chiunque svolga intensa attività fisica all’aperto. In particolare i bambini sembrano a maggior rischio per alcuni effetti respiratori quali lo scatenamento di crisi di asma bronchiale e l'insorgenza di sintomi respiratori (come tosse e catarro). La presenza di polveri può causare effetti negativi anche sulla vegetazione, formando sulla superficie delle foglie una crosta non dilavabile dalle piogge, inibendo così il processo di fotosintesi e lo sviluppo delle piante. Inoltre, se il particolato depositato contiene composti chimici pericolosi, possono causarsi danni diretti ed indiretti alle piante stesse od agli animali che di esse si cibano. Danni dovuti a queste sostanze possono aversi anche sui materiali, con fenomeni di imbrattamento e corrosione (causata in presenza di umidità delle sostanze assorbite). Infine, nei casi di presenza rilevante di polveri atmosferiche, è possibile rilevare effetti sul clima a seguito dell'azione di dispersione ed assorbimento delle radiazioni solari, fino ad una riduzione della visibilità: accumulandosi nell’atmosfera, infatti, le particelle assorbono e deviano la luce. 5. Limiti normativi Per il Materiale Particolato (PM 10) il riferimento normativo è il Decreto Ministeriale del 2 aprile 2002, n. 60. I valori limite, ovvero le concentrazioni massime in atmosfera per evitare, prevenire o ridurre gli effetti dannosi sulla salute umana e sull'ambiente, validi in tutti i paesi dell’U.E. e quindi anche in Italia, sono riepilogati nelle sottostanti tabelle: Fase 1
Fase 2
NOTA: i valori limite della fase 2 sono da rivedere e confermare con successivo decreto sulla base della futura normativa comunitaria Per quanto riguarda le polveri respirabili (PM2,5), sono attualmente in corso di esecuzione una serie di studi a livello europeo ed italiano, finalizzati all’individuazione, entro l’anno 2005, dei limiti relativi alle concentrazioni in aria di tale inquinante, secondo i tempi ed i modi indicati dalla Direttiva Europea 99/30/CE. |
