L'Inquinamento Atmosferico: Aspetti Generali
Indice
Cosa si intende per inquinamento atmosferico?
L'inquinamento atmosferico: un problema locale o una questione planetaria?
Evoluzione storica dell'inquinamento atmosferico
Il risanamento: un problema costi-benefici
Inquinamento atmosferico e processi di combustione
I principali inquinanti: caratteristiche, sorgenti, scale spazio-temporali, effetti sulla salute e limiti di legge
Cosa si intende per inquinamento atmosferico?
Il termine inquinamento atmosferico indica una modificazione della composizione naturale dell'atmosfera. Il fenomeno può essere determinato da un grandissimo numero di sostanze. L'origine di esse è prevalentemente antropica anche se, in alcuni casi, le sorgenti naturali possono dare un contributo significativo.
Il caso più noto di alterazione antropica della composizione dell'atmosfera è costituito dal biossido di carbonio (CO2), il più noto dei gas-serra. Questo composto viene misurato con regolarità da quasi 60 anni e le misure mostrano, accanto ad una fluttuazione annuale dovuta all'attività fotosintetica del mondo vegetale, una chiarissima tendenza alla crescita.
La più nota serie di dati di CO2 è quella relativa a Mauna Loa, un sito remoto delle isole Hawai.
Essa mostra in modo molto chiaro il deciso incremento delle concentrazioni di questo composto negli ultimi decenni. Per approfondimenti si veda il sito WEB del CDIAC (http://cdiac.ess-dive.lbl.gov/)
Misure più sporadiche mostrano che le concentrazioni di questo gas sono in costante aumento da circa 150 anni e, se prima della rivoluzione industriale le molecole di CO2 costituivano solo lo 0,027% delle molecole presenti in atmosfera, oggi questa percentuale è salita allo 0,040%. Questi valori vengono solitamente espressi in parti per milione (ppm), dove 1 ppm corrisponde allo 0,0001%.
Può essere interessante osservare come il biossido di carbonio costituisca l'inquinante con le maggiori concentrazioni in atmosfera. Per descrivere le concentrazioni degli inquinanti è quindi necessario utilizzare numeri molto piccoli come i ppm, le parti per miliardo (ppb) o le parti per migliaia di miliardi (ppt).
L'inquinamento atmosferico, quindi, non ha alcun effetto sui costituenti principali dell'atmosfera (il 99 % delle molecole dell'atmosfera è costituito da molecole di azoto o di ossigeno), ma riguarda i costituenti minori di essa.
L'inquinamento atmosferico: un problema locale o una questione planetaria?
L'inquinamento atmosferico può manifestarsi su scale spaziali e temporali molto diverse e, accanto a composti come i gas-serra le cui concentrazioni risultano permanentemente modificate per l'intera atmosfera, ve ne sono altri che tendono solitamente a manifestare alterazioni su scale spaziali e temporali molto più ridotte. Questo diverso comportamento è dovuto sostanzialmente al fatto che vi sono agenti atmosferici la cui "vita" è breve, dell'ordine di alcune ore o di qualche giorno, mentre altri permangono attivi anche per lunghi periodi di tempo e possono quindi diffondersi su aree molto più vaste.
La definizione delle scale spaziali e temporali caratteristiche dei principali inquinanti atmosferici è essenziale per capire a quale livello intervenire per fronteggiare il fenomeno. In particolare si opera la seguente classificazione:
Scala globale: riguarda i composti che manifestano alterazioni permanenti per l'intera atmosfera. Per la riduzione di questi composti sono necessari accordi internazionali come quelli relativi ai gas-serra (Kyoto, 1997, Parigi, 2015) o ai composti responsabili della riduzione dell'ozono in stratosfera (Montreal, 1989).
Scala regionale: riguarda i composti che manifestano alterazioni su ampie regioni geografiche come, per esempio, il bacino padano.
Scala locale: riguarda i composti che manifestano alterazioni su scale spaziali più piccole come, per esempio, la città di Saronno o zone più limitate di essa.
La rete di monitoraggio di Saronno si pone l'obiettivo di monitorare alcuni tra i più significativi composti caratteristici dell'inquinamento a scala regionale e locale.
Evoluzione storica dell'inquinamento atmosferico
Se studiamo la storia dell'inquinamento atmosferico ci accorgiamo che esso è sempre risultato connesso con la densità di popolazione e dovuto paradossalmente a tutte le attività necessarie per sostenere un migliore tenore di vita: riscaldamento, fornaci, concerie e fonderie erano, fin dal tempo degli antichi romani, motivo di lamentele da parte delle popolazioni.
L'avvento dell'era industriale ha ovviamente ampliato notevolmente il problema sia per l'apporto di nuove sorgenti sia per il formarsi di agglomerati urbani di grandi dimensioni.
Sviluppo di Milano 1800-1940
L'inquinamento tipico del periodo che va dall'inizio dell'era industriale a trenta-quaranta anni fa viene spesso chiamato inquinamento di tipo "londinese". Esso era caratterizzato da elevate concentrazioni di biossido di zolfo associate ad un grande numero di particelle carboniose e si manifestava in occasione di situazioni meteorologiche che favorivano la stagnazione dell'aria. Il termine inglese "smog", coniato nel 1905, è appunto una contrazione di "smoke" (fumo) e "fog" (nebbia). L'episodio più grave di inquinamento di tipo "londinese" venne registrato tra il 4 ed il 9 dicembre 1952. A questo episodio sono stati attribuiti circa 4000 decessi.
Episodio di inquinamento di tipo "londinese"
Londra, Dicembre 1952
Questo tipo di inquinamento, anche se non con l'intensità appena descritta, è stato per anni tipico di molte città europee, comprese quelle del bacino padano.
In seguito ad episodi come quello di Londra del 1952 si è tuttavia iniziata una lenta inversione di tendenza e, grazie ad una serie di provvedimenti di limitazione delle emissioni, l'inquinamento di tipo "londinese" ha progressivamente iniziato a manifestarsi in modo meno acuto.
Grafico del trend negativo di SO2 a Milano negli anni '70 - '90
Tuttavia, mentre si procedeva a limitare le emissioni dei composti responsabili dell'inquinamento di tipo "londinese", le sostanze emesse dal traffico veicolare (ossido di carbonio, ossidi di azoto ed idrocarburi) mostravano un'inesorabile tendenza alla crescita.
Trend delle emissioni da traffico
Queste sostanze, in presenza di condizioni meteorologiche che favoriscono la stagnazione e con forte radiazione solare, innescano una catena di reazioni chimiche producendo vari nuovi inquinanti il più noto dei quali è l'ozono. Questo tipo di inquinamento viene spesso definito come smog di "Los Angeles" o come "smog fotochimico".
Attualmente nella maggior parte delle città europee si registrano frequentemente episodi di "smog fotochimico", mentre gli episodi di "smog londinese" sono ormai quasi del tutto scomparsi.
Gli esperti prevedono che nel corso dei prossimi 10 anni si dovrebbe assistere ad una significativa riduzione degli inquinanti dovuti al traffico veicolare, ma essa sembra del tutto insufficiente ad incidere sull'entità dell'inquinamento fotochimico.
Alle preoccupazioni dovute a questo tipo di inquinamento si aggiunge poi la sempre più ampia consapevolezza del pericolo costituito da troppo elevate concentrazioni di particelle atmosferiche di piccole dimensioni. Questo fenomeno, in realtà, non costituisce un aspetto peculiare di questi ultimi anni, ma sicuramente in passato il problema non veniva preso in così ampia considerazione.
Il risanamento: un problema costi-benefici
Lo studio della storia dell'inquinamento di tipo "londinese" mostra come si evolvono tipicamente nel tempo le concentrazioni in atmosfera di una sostanza inquinante in seguito allo sviluppo economico di una determinata comunità. Vediamo a questo proposito il caso del biossido di zolfo (SO2).
In una fase iniziale (prima della rivoluzione industriale) le concentrazioni risultavano basse perché si consumava poco combustibile. Poi, via via che il livello di sviluppo aumentava, i consumi e conseguentemente le emissioni crescevano, iniziando a causare concentrazioni dannose per l'uomo e per l'ambiente. Con un basso livello di sviluppo economico, tuttavia, non veniva dato molto peso al problema e le concentrazioni continuavano a salire fino a raggiungere livelli così elevati da rendere necessario un controllo delle emissioni. In una prima fase il controllo era molto debole e, più che ad una riduzione delle concentrazioni, esso riusciva a determinare una riduzione del loro ritmo di crescita. Successivamente con maggiori sforzi si è riusciti ad arrivare ad una stabilizzazione e poi, con interventi ancora più diffusi ed efficaci, ad una riduzione. Nella maggior parte dei paesi europei il processo di risanamento è ormai concluso e attualmente le concentrazioni di SO2 si collocano quasi ovunque al di sotto dei livelli considerati dannosi per l'uomo e per l'ambiente.
Il processo di risanamento, per quanto semplice da descrivere, è purtroppo molto complesso da avviare in quanto i provvedimenti di limitazione delle emissioni comportano forti "costi" e significative "rinunce" che spesso determinano notevoli "resistenze". Infatti, mentre si assiste ad incredibili mobilitazioni quando comunità locali si oppongono ad opere di interesse collettivo (centrali elettriche, inceneritori, arterie di comunicazione, ecc?.), si osserva spesso una disponibilità molto bassa a sopportare in prima persona i costi che ogni intervento di riduzione delle emissioni necessariamente comporta.
Questo atteggiamento è oggi molto evidente per il traffico veicolare. Infatti, per quanto siano notissime le forti responsabilità di questo settore relativamente all'inquinamento atmosferico in generale e all'inquinamento fotochimico in particolare, non si assiste ad un significativo decremento dei veicoli in circolazione.
In definitiva l'esperienza dell'inquinamento di tipo "londinese" e quella più attuale connessa con il traffico veicolare ci mostrano in modo molto adeguato come il risanamento sia un problema costi-benefici. Per quanto riguarda il traffico, pur con significative differenze tra nazioni più o meno sensibili al problema e pur con qualche significativo successo, si osserva in generale che i benefici indotti da un rapido e deciso risanamento (salute, qualità della vita, ecc?) non vengono oggi giudicati sufficienti a giustificare i forti costi connessi con una eventuale riorganizzazione della mobilità delle persone e delle merci.
Inquinamento atmosferico e processi di combustione
L'inquinamento atmosferico è prodotto in larga parte dalla combustione dei combustibili fossili. Questi combustibili vengono utilizzati per alimentare le centrali elettriche, per riscaldare abitazioni e uffici, per fornire il calore necessario ad un grande numero di processi industriali e, infine, per muovere i mezzi di trasporto che consentono gli spostamenti delle persone e delle merci.
La combustione dei combustibili fossili è sostanzialmente una reazione chimica: i prodotti iniziali sono il combustibile e l'ossigeno contenuto nell'aria, quelli finali sono i fumi di combustione. Ora, se il combustibile non contenesse impurità e se il processo avvenisse in condizioni ideali, i fumi dovrebbero contenere solo vapore acqueo e biossido di carbonio. Già così il processo avrebbe i suoi "costi ambientali" in quanto il biossido di carbonio è il più importante dei gas-serra. In realtà le emissioni contengono sempre anche numerosi altri inquinanti sia perché i combustibili contengono varie sostanze indesiderate sia perché la combustione non riesce mai ad essere del tutto completa. A ciò si deve aggiungere il fatto che le elevate temperature che si raggiungono nei processi di combustione fanno sì che le molecole dell'aria possano reagire tra loro formando nuove sostanze inquinanti che vanno ad aggiungersi a quelle dovute al processo di combustione.
Per ridurre l'inquinamento dovuto ai processi di combustione possono essere perseguite le seguenti strategie:
riduzione dei consumi;
collocazione razionale delle sorgenti;
utilizzo di combustibili puliti;
miglioramenti tecnologici nei processi di combustione;
trattamenti dei fumi.
La riduzione dell'inquinamento di tipo "londinese" è stata, per esempio, raggiunta sia intervenendo sulla collocazione razionale delle sorgenti (gli impianti con forti emissioni come le centrali termoelettriche sono stati dotati di camini molto elevati) sia migliorando in modo sistematico la qualità dei combustibili, soprattutto all'interno dei grandi agglomerati urbani. Per il traffico veicolare si sta lavorando soprattutto sugli ultimi due punti, con l'adozione di motori a basse emissioni con l'utilizzo di dispositivi di catalizzazione e con l'introduzione di filtri antiparticolato.
A breve-medio termine questo tipo di interventi dovrebbe consentire di ottenere qualche ulteriore beneficio, ma allo stato attuale delle conoscenze appare altamente improbabile che la sola via tecnologica possa consentire di risolvere in modo efficace il problema dell'inquinamento atmosferico in tutti i suoi aspetti.
Il monossido di carbonio (CO)
Gli ossidi di azoto
L'ozono (O3)
Il biossido di zolfo (SO2)
Il particolato atmosferico
Altri inquinanti
Il monossido di carbonio (CO)
Il monossido di carbonio (CO) è un composto gassoso inodore, incolore e insapore. Esso è dovuto alla combustione incompleta dei combustibili fossili. La più importante sorgente è costituita dai mezzi di trasporto; fra questi gli autoveicoli alimentati a benzina risultano essere i maggiori inquinanti.
Le emissioni degli autoveicoli risultano particolarmente elevate quando:
non si ha un corretto rapporto aria-combustibile;
il motore è freddo;
il motore è usurato;
i veicoli risultano incolonnati o si muovono a velocità molto basse.
Inoltre, a parità di condizioni, i veicoli più vecchi hanno emissioni molto più elevate di quelli moderni in quanto questi ultimi hanno camere di combustione con migliori caratteristiche tecniche e sono dotati di catalizzatori più efficienti.
L'inquinamento da ossido di carbonio è un inquinamento tipicamente locale e solitamente gli episodi più significativi riguardano aree molto limitate collocate in prossimità di strade con forte traffico.
Per quanto riguarda gli effetti sull'uomo, è noto che esposizioni prolungate ad elevate concentrazioni di monossido di carbonio (superiori ai 500 mg/m?) possono portare alla morte. Con concentrazioni più basse si hanno soprattutto effetti sul comportamento, con menomazioni nella discriminazione degli intervalli di tempo, nell'acutezza visiva, nella lucidità ed in altre funzioni psicomotorie.
Gli ossidi di azoto
Tra gli ossidi di azoto vengono solitamente monitorati l'ossido (NO), il biossido (NO2), e la loro somma (NOx). Tali composti si ottengono dalla reazione ad alte temperature dei due costituenti naturali fondamentali dell'atmosfera: l'azoto (N2) e l'ossigeno (O2). Quindi i processi di combustione, oltre agli inquinanti dovuti alle impurità contenute nei combustibili ed al fatto che nessun processo di combustione riesce mai ad essere del tutto completo, producono anche sostanze inquinanti, come il monossido ed il biossido di azoto, dovute a reazioni tra i costituenti naturali dell'atmosfera.
Gli ossidi di azoto prodotti come conseguenza dei processi di combustione sono costituiti prevalentemente da NO. Poi in atmosfera questo composto viene ossidato ad NO2. Quindi l'ossido di azoto è più caratteristico delle aree che si trovano nelle immediate vicinanze delle sorgenti, mentre, via via che si allontana da esse, si tende ad avere una maggior frazione di biossido.
Riguardo agli effetti sull'uomo il composto più insidioso è il biossido che può determinare un'intensa irritazione delle vie aeree. L'inspirazione del gas a concentrazioni elevate può portare a bronchiti, edema polmonare, enfisema o fibrosi. Oltre agli effetti diretti, va anche segnalato che gli ossidi di azoto giocano un ruolo importante nella formazione di inquinanti fotochimici dannosi per l'uomo e per l'ambiente come l'ozono.
L'ozono (O3)
L'ozono è un gas formato da tre atomi di ossigeno (O3). Questo composto è di particolare importanza per l'uomo e per l'ambiente, in quanto è presente in concentrazioni rilevanti in stratosfera (ad un'altezza cioè di diverse decine di chilometri) ed assorbe buona parte delle radiazioni ultraviolette proveniente dal sole. Ora, mentre in stratosfera l'ozono è un costituente naturale dell'atmosfera, in troposfera (cioè nella parte inferiore dell'atmosfera) esso viene considerato un inquinante.
L'ozono è un inquinante secondario nel senso che esso non è prodotto direttamente dall'attività dell'uomo, ma è originato da reazione chimiche tra altri inquinanti come gli ossidi di azoto e gli idrocarburi. Queste reazioni avvengono in modo particolarmente efficace in condizioni climatiche caratterizzate da forte radiazione solare e temperature elevate. L'ozono è quindi un tipico inquinante estivo e i valori massimi sono raggiunti nelle ore più calde della giornata. Esso è inoltre un ottimo indice del livello di inquinamento fotochimico.
L'ozono è un gas a forte azione irritante che attacca le mucose. Fra gli effetti acuti, dipendenti dalla concentrazione e dalla durata dell'esposizione, vi sono le irritazioni agli occhi, al naso, alla gola e all'apparato respiratorio, un senso di pressione sul torace e la tosse. In caso di sforzi fisici l'azione irritante risulta più intensa e le prestazioni fisiche possono diminuire. Gli effetti dell'ozono sono contraddistinti da grandi differenze individuali: ci sono persone più sensibili di altre agli effetti dell'ozono.
Oltre agli effetti acuti, diretti, si possono osservare anche effetti a lungo termine. La diminuzione della funzione respiratoria può provocare un modifica infiammatoria del tessuto polmonare, la quale, a lungo termine, può causare invecchiamento precoce dei polmoni. Ci sono indicazioni in base alle quali esposizioni ripetute e frequenti all'ozono, in concomitanza con altri inquinanti atmosferici, possono avere un influsso sull'insorgere e sul decorso di malattie dell'apparato respiratorio. Le più recenti indagini mostrano inoltre che lo smog estivo e il forte inquinamento atmosferico possono portare ad una maggiore predisposizione alle allergie delle vie respiratorie.
Elevate concentrazioni di ozono in atmosfera arrecano danni anche alla vegetazione e ai prodotti agricoli. L'ozono viene infatti assorbito dalle piante a livello fogliare ed esplica un'azione dannosa sul metabolismo della fotosintesi clorofilliana. Infine vi è pure una lunga serie di materiali la cui durata viene limitata dall'esposizione ad elevate concentrazioni di ozono atmosferico.
Il biossido di zolfo (SO2)
Il biossido di zolfo deriva dalla combustione di combustibili come il carbone, l'olio combustibile (nafta) e (in misura minore) il gasolio contenenti significative percentuali di zolfo.
L'inquinamento da SO2, un tempo molto diffuso, è oggi molto più modesto in quanto nel corso degli ultimi 20 anni si è proceduto ad una fortissima riduzione dell'uso di combustibili con elevato tenore di zolfo ed oggi essi vengono utilizzati solo in presenza di impianti di desolforazione.
Poiché l'SO2 è molto solubile, i suoi effetti irritanti sono per lo più ristretti al tratto superiore dell'apparato respiratorio. Gli effetti irritanti riguardano le vie respiratorie (aumento di resistenza al passaggio dell'aria durante la respirazione) e gli occhi. I danni maggiori all'apparato respiratorio sembrano comunque derivare dalla combinazione con le polveri sospese in atmosfera.
I soggetti più esposti a questi effetti nocivi sono gli anziani e coloro che già soffrono di malattie croniche alle vie respiratorie.
Il particolato atmosferico
Nell'atmosfera è presente un elevato numero di particelle. L'insieme di queste particelle prende il nome di particolato atmosferico. Le dimensioni delle singole particelle possono andare da valori estremamente piccoli (0.001 mm) fino a valori dell'ordine del millimetro.
Ora, mentre le particelle più grandi tendono a cadere rapidamente al suolo e possono quindi essere presenti solo nelle immediate vicinanze delle sorgenti, quelle più piccole riescono a stare in atmosfera anche per tempi molto lunghi.
Come per gli altri inquinanti, anche per il particolato atmosferico la sorgente fondamentale è costituita dai processi di combustione.
Il sistema maggiormente attaccato dal particolato atmosferico è l'apparato respiratorio e il fattore di maggior rilievo per lo studio degli effetti è probabilmente la dimensione delle particelle, in quanto da essa dipende l'estensione della penetrazione nelle vie respiratorie. Infatti prima di raggiungere i polmoni, le particelle devono oltrepassare una serie di "curve" del nostro apparato respiratorio. Queste "curve" provvedono a bloccare le particelle con diametro superiore. Il maggior pericolo è quindi rappresentato dalle particelle più piccole che riescono a penetrare in profondità nel nostro apparato respiratorio. Per questa ragione nel corso degli ultimi anni si sta sempre più passando da una misura globale di tutte le particelle in sospensione alla sola misura delle particelle più piccole. Attualmente la legge ha fissato le soglie di 10 e di 2.5 micrometri, ma in futuro non si può escludere che verranno prese in considerazione anche soglie più basse.
Gli inquinanti che vengono monitorati a Saronno sono solo alcuni degli inquinati che possono deteriorare la qualità dell'aria nelle nostre città. Tra gli inquinanti che non vengono descritti in questo sito si segnalano gli idrocarburi ed in particolare il benzene. Per quanto riguarda il particolato atmosferico vale la pena di segnalare come il suo impatto sull'uomo non dipenda solo dalla concentrazione totale delle polveri, ma anche dalla presenza di eventuali sostanze tossiche nelle particelle. Tra queste sostanze ricordiamo il piombo, l'arsenico, il cadmio, il mercurio, il nichel e la famiglia degli idrocarburi policiclici aromatici.
Limiti di riferimento
I limiti di legge sono un riferimento importante con cui confrontare le concentrazioni dei vari inquinanti per valutare la "qualità dell’aria". Ora, purtroppo, questo campo non è semplice per le seguenti ragioni:
la valutazione degli effetti dei singoli inquinanti sull'uomo e sull'ambiente non è affatto semplice e le attuali conoscenze scientifiche sull'argomento hanno ancora ampie incertezze;
per alcuni inquinanti gli effetti sembrano dovuti principalmente a singoli episodi caratterizzati da concentrazioni molto elevate, per altri sono più temibili gli effetti dovuti ad esposizioni prolungate;
esiste un gran numero di enti preposto all'individuazione di limiti relativi alle concentrazioni dei vari inquinanti.
Conseguentemente a questa situazione, esistono vari limiti per i diversi inquinanti. Per un’analisi di dettaglio si rimanda al sito dell'Agenzia per la protezione dell'Ambiente della Lombardia e in particolare al seguente link: Arpa Lombardia Altre informazioni interessanti possono essere trovate sul sito dell’Organizzazione Mondiale per la Salute (World Health Organization, http://www.who.int/en/)