l inquinamento atmosferico

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1 l inquinamento atmosferico Si può definire l inquinamento atmosferico come la presenza nell'atmosfera di sostanze che causano un effetto misurabile sull essere umano, sugli animali, sulla vegetazione o sui diversi materiali; Estratto da memoria di Davide Compagnin A cura di

2 Gli inquinanti Gli inquinanti vengono solitamente distinti in due gruppi principali: quelli di origine antropica, cioè prodotti dall uomo, e quell naturali.

3 Gli inquinanti A prescindere dalla loro origine, gli inquinanti vengono distinti in primari e secondari. Primari sono gli inquinanti che vengono immessi direttamente nell ambiente in seguito al processo che li ha prodotti. Gli inquinanti secondari sono invece quelle sostanze che si formano dagli inquinanti primari (sia antropogenici che naturali) a seguito di modificazioni di varia natura causate da reazioni che, spesso, coinvolgono l ossigeno atmosferico e la luce.

4 Gli inquinanti primari I principali inquinanti primari sono quelli emessi nel corso dei processi di combustione di qualunque natura cioè il monossido di carbonio, il biossido di carbonio, gli ossidi di azoto (principalmente sottoforma di monossido di azoto), le polveri gli idrocarburi incombusti. Nel caso in cui i combustibili contengano anche zolfo, si ha inoltre emissione di anidride solforosa

5 Gli inquinanti secondari Fra i processi di formazione degli inquinanti secondari, particolare importanza è assunta dalla serie di reazioni che avvengono fra gli ossidi di azoto e gli idrocarburi in presenza di luce solare. Questa catena di reazioni porta all ossidazione del monossido di azoto (NO) a biossido di azoto (NO2), alla produzione di ozono (O3) ed all ossidazione degli idrocarburi, vi è formazione di aldeidi, perossidi, di acidi nitriloperacetici (PAN), acido nitrico, nitrati e nitroderivati in fase particellare, e centinaia di altre specie chimiche minori. L insieme dei prodotti di queste reazioni viene definito smog fotochimico

6 Dispersione degli Inquinanti La dispersione dei contaminanti in atmosfera è determinata dai fenomeni di diffusione turbolenta e di trasporto delle masse d aria. La rimozione degli inquinanti è determinata dai vari processi di deposizione. Sia la dispersione che la rimozione sono strettamente dipendenti dai vari processi meteorologici che regolano il comportamento delle masse d aria nella troposfera (lo strato più basso dell atmosfera). Per lo studio del comportamento degli inquinanti primari è così necessario non solo conoscere il profilo qualitativo, quantitativo e temporale delle emissioni, ma anche possedere delle informazioni sui processi meteorologici che interessano le aree soggette alla presenza dei vari inquinanti

7 Emissioni naturali Le sorgenti naturali di biossido di zolfo comprendono i vulcani, la decomposizioni organiche e gli incendi delle foreste. nel 1983 si stimava che le emissioni di biossido di zolfo si aggiravano sugl milioni di tonnellate (le sorgenti antropogeniche nel mondo emettevano circa 69 milioni di tonnellate all anno). Le sorgenti naturali di ossidi di azoto includono i vulcani, gli oceani, le decomposizioni organiche e l azione dei fulmini. Le stime ipotizzano un valore variabile fra i 20 e i 90 milioni di tonnellate all anno per le sorgenti naturali, mentre per quelle antropogeniche un valore attorno ai 24 milioni d tonnellate. L ozono è un inquinante secondario che si forma in prossimità del livello del suolo come risultato di una serie di reazioni chimiche catalizzate dalla luce. In ogni caso, circa il 10-15% dell ozono troposferico proviene dagli alti strati dell atmosfera (stratosfera) dove si forma per azione dei raggi UV a partire dall ossigeno molecolare.

8 Fonti Antropogeniche L inquinamento dell aria di origine antropogenica si sprigiona dalle grandi sorgenti fisse (industrie, impianti per la produzione di energia elettrica ed inceneritori); da piccole sorgenti fisse (impianti per il riscaldamento domestico) e da sorgenti mobili (il traffico veicolare). Molte di queste sorgenti sono strettamente legate alla produzione ed al consumo di energia, specialmente combustibili fossili.

9 Dispersione La concentrazione degli inquinanti nell aria è determinata da diversi fattori: dalla quantità dei contaminanti presenti nelle emissioni; dal numero e dal concentramento delle sorgenti inquinanti; dalla distanza dai punti di emissione; dalle trasformazioni chimico-fisiche alle quali sono sottoposte le sostanze emesse; dalla eventuale velocità di ricaduta al suolo; dalla situazione morfologica delle aree interessate all inquinamento; dalle condizioni meteorologiche locali e su grande scala.

10 inversione termica Le inversioni termiche sono dei fenomeni atmosferici che impediscono il normale rimescolamento delle masse d aria: in genere, la temperatura dell aria decresce man mano che aumenta l altezza (circa 7 C per Km) e questo fa sì che le masse d aria più calde, essendo meno dense, salgano e prendano il posto dell aria più fredda che scende. Dato che quest aria calda è anche quella più inquinata perché si trova nella zona delle maggiori emissioni inquinanti, ne risulta un rimescolamento dei vari strati della troposfera che porta ad una diminuzione della concentrazione dei contaminanti atmosferici. In alcuni casi, però, si possono formare degli strati d aria più calda a qualche decina o centinaia di metri d altezza (inversione termica) per cui lo strato sottostante non sale e ristagna al suolo; il tutto comporta inevitabili processi di accumulo delle sostanze inquinanti. Le inversioni termiche si formano solitamente nelle notti limpide subito dopo il tramonto, a causa del rapido raffreddamento del terreno (che a sua volta provoca un rapido raffreddamento dell aria con cui è a contatto). Questo fenomeno è detto inversione termica di tipo radiativo e in genere termina col riscaldamento mattutino della superficie terrestre; se questo non avviene gli inquinanti si possono accumulare anche per più giorni consecutivi, con tutti i problemi che ciò comporta.

11 Effetti sull uomo brusco innalzamento delle concentrazioni dei comuni contaminanti dell aria (inquinamento acuto). riduzione della funzionalità polmonare, aumento delle malattie respiratorie nei bambini, attacchi acuti di bronchite e aggravamento dei quadri di asma; incremento nel numero dei decessi fra le persone più sensibili a determinati inquinanti, come gli anziani o le persone affette da malattie respiratorie e cardiovascolari. l inquinamento a bassi livelli e per lungo tempo risulta invece più subdolo e difficile da individuare. Si presume che provochi a breve termine disagio, irritazione, tossicità specifica, affezioni respiratorie acute e, in rari casi, mortalità, soprattutto fra gli anziani affetti da patologie croniche cardiovascolari o respiratorie. Gli effetti a lungo termine causati da una esposizione ad inquinanti presenti a concentrazioni relativamente basse non sono ancora completamente chiari; L inquinamento atmosferico può effettivamente causare uno stato di ansietà e paura.

12 Principali Inquinanti

13 Ossidi di zolfo Le emissioni naturali di biossido di zolfo sono principalmente dovute all attività vulcanica (circa 20 milioni di tonnellate l anno). Le emissioni antropogeniche rappresentano più di 150 milioni di tonnellate all anno e sono dovute principalmente ai processi di combustione dei combustibili fossili e liquidi (carbone, petrolio, gasolio); oltre il 90% del biossido di zolfo viene prodotto nell emisfero Nord.

14 Ossidi di zolfo produzione dell acido solforico, lavorazione di molte materie plastiche, desolforazione dei gas naturali, arrostimento delle piriti, incenerimento dei rifiuti; l apporto inquinante dato dalle emissioni dei mezzi di trasporto appare invece trascurabile. L emissione di biossido di zolfo in Italia è approssimativamente dovuta per il 5% al riscaldamento domestico, per il 40% ai processi industriali comprese le combustioni e per il 50% alla produzione di energia elettrica ad opera delle centrali termoelettriche; assieme le altre sorgenti contribuiscono per un valore pari al 5%.

15 Ossidi di zolfo La concentrazione di fondo è stata valutata attorno a 0,2-0,5 µg/mc, mentre nelle aree urbane si possono raggiungere i 50 µg/mc; nelle grandi città industrializzate ed in via di sviluppo vengono spesso rilevati anche livelli di 300 µg/mc (dati dell Organizzazione Mondiale della Sanità, 1998). Il biossido di zolfo permane in atmosfera per 1-4 giorni subendo reazioni di trasformazione e principalmente l ossidazione ad acido solforico che ricade in forma di nebbie o piogge acide. Gli ossidi di zolfo di notte vengono anche assorbiti dalle goccioline di acqua presenti nell aria dando origine ad un aerosol che determina una foschia mattutina.

16 Il caratteristico odore pungente del biossido di zolfo viene percepito dal naso alla concentrazione di 0,8-2,6 mg/mc Ossidi di zolfo Effetti sull uomo A basse concentrazioni gli effetti del biossido di zolfo sono principalmente legati a patologie dell apparato respiratorio come bronchiti, asma e tracheiti e ad irritazioni della pelle, degli occhi e delle mucose Analisi epidemiologiche hanno evidenziato un aumento dei ricoveri ospedalieri, specie di anziani e bambini, a concentrazioni superiori a 0,3 mg/mc. Già a concentrazioni di 0,06 mg/mc come valore medio annuale si verificano episodi di bronchite e infezioni alle prime vie respiratorie.

17 Ossidi di zolfo Effetti sull ambiente Il biossido di zolfo a basse concentrazioni provoca un rallentamento nella crescita delle piante, mentre ad alte concentrazione ne provoca la morte alterandone la fisiologia in modo irreparabile. Quando il livello di anidride solforosa nell aria diviene insostenibile, nelle foglie si accumulano inutilizzati i solfiti che ad alta concentrazione causano la distruzione della clorofilla, il collasso delle cellule e la necrosi dei tessuti

18 Ossidi di azoto - NOx NO è un gas incolore, insapore ed inodore. E prodotto nel corso dei processi di combustione ad alta temperatura assieme al biossido di azoto (che costituisce meno del 5% degli NOx totali emessi). Viene poi ossidato in atmosfera dall ossigeno e più rapidamente dall ozono producendo biossido di azoto. La tossicità del monossido di azoto è limitata, al contrario di quella del biossido di azoto che risulta invece notevole.

19 Ossidi di azoto - NOx si stima che le emissioni di ossidi di azoto naturali ed antropogeniche siano dello stesso ordine di grandezza (circa 200 milioni di tonnellate). Le sorgenti naturali sono costituite essenzialmente dalle decomposizioni organiche anaerobiche che riducono i nitrati a nitriti; i nitriti in ambiente acido formano acido nitroso che, essendo instabile, libera ossidi di azoto. Da segnalare anche l azione dei fulmini, gli incendi e le emissioni vulcaniche. In generale i motori diesel emettono più ossidi di azoto e particolati (fumo) rispetto ai motori a benzina, i quali però emettono più ossido di carbonio e idrocarburi.

20 Ossidi di azoto - NOx La concentrazione ambientale del biossido di azoto oscilla tra 1 e 9 µg/mc; nei Paesi Occidentali la media annuale è compresa fra 20 e 90 µg/mc, nell aria inquinata la concentrazione di NO è in genere di ppb ( µg/mc). la concentrazione dell inquinante nell aria cala rapidamente nel giro di 2-5 giorni: infatti l'ossido di azoto viene sempre rimosso per ossidazione. Negli ambienti indoor la concentrazione di ossidi di azoto risulta più elevata nelle cucine per le combustioni aperte dei fornelli (spesso può arrivare a concentrazioni più elevate di quelle esterne). La diminuzione di questi inquinanti risulta comunque estremamente rapida non appena vien meno la causa della loro produzione.

21 Ossidi di azoto - NOx Gli effetti del biossido di azoto si manifestano generalmente parecchie ore dopo l esposizione, così che spesso le persone normalmente non si rendono conto che il loro malessere è dovuto all aria inquinata che hanno respirato. Per il biossido di azoto l Organizzazione Mondiale per la Sanità (OMS) raccomanda il limite guida orario di 200 µg/mc, il limite per la media annuale è invece 40 µg/mc. un esposizione di mezz ora alla concentrazione di 560 µg/mc è la più alta concentrazione alla quale non si hanno effetti rilevabili. Brevi esposizioni a mg/mc provocano risentimenti polmonari; 100 mg/mc, inalati per 1 minuto, provocano notevoli danni al tratto respiratorio; concentrazioni di mg/mc portano alla morte per fibrosi polmonare. I lavoratori più esposti ad alte concentrazioni di biossido di azoto sono gli addetti alla manipolazione dell acido nitrico (industrie chimiche, galvaniche, orafe) e chi opera la saldatura ad arco elettrico.

22 Ossidi di azoto - NOx gli inquinanti acidi causano un impoverimento del terreno per la perdita di ioni calcio, magnesio, sodio e potassio e conducono alla liberazione di iono metallici tossici per le piante. Da notare che l abbassamento del ph compromette anche molti processi microbici del terreno, fra cui l azotofissazione. Gli ossidi di azoto e i loro derivati danneggiano anche edifici e monumenti, provocando un invecchiamento accelerato in molti casi irreversibile.

23 Monossido di carbonio L ossido di carbonio (CO) o monossido di carbonio è un gas incolore, inodore, infiammabile, e molto tossico. Si forma durante le combustioni delle sostanze organiche, quando sono incomplete per difetto di aria (cioè per mancanza di ossigeno). Le emissioni naturali e quelle antropogeniche sono oramai dello stesso ordine di grandezza, e questo fa chiaramente comprendere quale sia il trend inquinante che si è instaurato nel corso dell ultimo secolo. Il monossido di carbonio è estremamente diffuso soprattutto nelle aree urbane a causa dell inquinamento prodotto dagli scarichi degli autoveicoli. Gli effetti sull ambiente sono da considerarsi trascurabili, mentre gli effetti sull uomo sono particolarmente pericolosi. La sua pericolosità è dovuta alla formazione con l emoglobina del sangue di un composto fisiologicamente inattivo, la carbossiemoglobina, che impedisce l ossigenazione dei tessuti (reversibile). A basse concentrazioni provoca emicranie, debolezza diffusa, giramenti di testa; a concentrazioni maggiori può provocare esiti letali.

24 Monossido di carbonio Le principali emissioni naturali sono dovute agli incendi delle foreste, alle eruzioni dei vulcani, alle emissioni da oceani e paludi e all ossidazione del metano e degli idrocarburi in genere emessi naturalmente in atmosfera La fonte principale di emissione da parte dell uomo è costituita dall utilizzo dei combustibili fossili per i motori a scoppio degli autoveicoli e per le attività industriali (soprattutto impianti siderurgici e raffinerie di petrolio). Escudendo l anidride carbonica, la quantità di ossido carbonio che viene emesso dai processi di combustione che avvengono negli autoveicoli è circa 10 volte maggiore di quella degli altri inquinanti. A seconda del regime di marcia la concentrazione usuale che s riscontra nei gas di scarico delle automobili varia fra il 3,5 e il 10%. Le concentrazioni più elevate nei gas di scarico si riscontrano quando il motore funziona al minimo, a regimi più elevati la produzione di CO è nettamente minore.

25 Monossido di carbonio In atmosfera la concentrazione di fondo del monossido di carbonio è di 0,1-0,2 ppm nell emisfero nord e di 0,04-0,06 ppm nell emisfero sud, a dimostrazione dell importanza del consumo di combustibili come fonte dell inquinamento. Nell aria inquinata di aree intensamente urbanizzate può raggiungere 1-10 ppm, in alcune gallerie stradali sono state rilevate concentrazioni di 500 ppm. Il CO permane in atmosfera per circa 3-4 mesi e viene rimosso attraverso reazioni di ossidazione ad anidride carbonica o attraverso reazioni fotochimiche coinvolgenti il metano e i radicali OH. Negli ambienti interni il monossido di carbonio proviene dalle stufe a gas, a legna, ad olio combustibile, dai fornelli, dalle sigarette e dalle automobili accese in garage. In alcuni casi sono stati rilevate anche concentrazioni di 50 ppm per operazioni di movimentazione dell auto in garage, che confina di norma con l abitazione, quando all esterno la concentrazione misurata era al massimo di 1 ppm.

26 Monossido di carbonio

27 Polveri Il particolato nell aria può essere costituito da diverse sostanze: sabbia, ceneri, polveri, fuliggine, sostanze silicee di varia natura, sostanze vegetali, composti metallici, fibre tessili naturali e artificiali, sali, elementi come il carbonio o il piombo, ecc. In base alla natura e alle dimensioni delle particelle possiamo distinguere: - gli aerosol, costituiti da particelle solide o liquide sospese in aria e con un diametro inferiore a 1 micron (1 µm); -le foschie, date da goccioline con diametro inferiore a 2 micron; -le esalazioni, costituite da particelle solide con diametro inferiore ad 1 micron e rilasciate solitamente da processi chimici e metallurgici - il fumo, dato da particelle solide di solito co diametro inferiore ai 2 µm e trasportate da miscele di gas; -le polveri (vere e proprie), costituite da particelle solide con diametro fra 0,25 e 500 micron; -le sabbie, date da particelle solide con diametro superiore ai 500 µm.

28 Polveri Le particelle primarie sono quelle che vengono emesse come tali dalle sorgenti naturali ed antropiche, mentre le secondarie si originano da una serie di reazioni chimiche e fisiche in atmosfera. Le particelle fini sono quelle che hanno un diametro inferiore a 2,5 µm, le altre sono dette grossolane. Da notare che il particolato grossolano è costituito esclusivamente da particelle primarie. Le polveri PM10 rappresentano il particolato che ha un diametro inferiore a 10 micron e vengono anche dette polveri inalabili perché sono in grado di penetrare nel tratto superiore dell apparato respiratorio (dal naso alla laringe). Le polveri toraciche sono quelle in grado di raggiungere i polmoni. Le polveri PM2,5 costituiscono circa il 60% delle PM10 e rappresentano il particolato che ha un diametro inferiore a 2,5 micron. Le PM2,5 sono anche dette polveri respirabili perché possono penetrare nel tratto inferiore dell apparato respiratorio (dalla trachea fino agli alveoli polmonari).

29 Polveri Si stima che ogni giorno vengano immesse nell aria circa 10 milioni di tonnellate di particolato; di queste il 94% è di origine naturale Nell aria pulita in genere la concentrazione di questo inquinante è dell ordine di 1-1,5 µg/mc. Le polveri PM10 possono rimanere in sospensione per 12 ore circa, mentre le particelle con un diametro inferiore ad 1 µm fluttuano nell aria anche per 1 mese. Nei centri urbani l inquinamento da polveri fini (che sono le più pericolose per la salute) è essenzialmente dovuto al traffico veicolare ed al riscaldamento domestico

30 Ozono La formazione dell ozono stratosferico ha luogo per la maggior parte a più di 30 Km di altezza radiazioni UV con lunghezza d onda inferiore ai 242 nm O+O2 > O3 A loro volta le molecole di ozono che si formano nel corso di questa reazione assorbono le radiazioni solar con lunghezza d onda compresa fra 240 e 340 nm, O3 > O2+O questi processi instaurano un equilibrio dinamico che mantiene la concentrazione di ozono pressochè costante e che permette di schermare più del 90% delle pericolose radiazion UV provenienti dal sole.

31 Ozono La concentrazione di fondo alle nostre latitudini varia fra 0,03 e 0,07 ppm, anche se nell ultimo secolo è praticamente raddoppiata; nelle zone industriali ed urbane aumenta al ritmo dell 1-2 % all anno. Nelle aree urbane i livelli massimi di concentrazione si verificano in genere verso mezzogiorno e sono preceduti, nelle prime ore del mattino, da concentrazioni massime di ossidi di azoto e di idrocarburi rilasciati dal forte traffico dei veicoli; dopo le ore 18 di solito questi valori scendono e raggiungono i minimi durante la notte a testimonianza dell importanza della luce nella produzione dell ozono

32 Ozono Nei grandi centri urbani si sono superati i valori di 0,1 ppm in circa giorni dell anno. In alcune città nei paesi in via di sviluppo si raggiungono anche valori di 1 ppm; in Italia in casi eccezionali sono stati superati i 0,3 ppm. l OMS ha stabilito un limite massimo di 0,1 ppm. le combustioni interne dei fornelli (che producono monossido di azoto) tendono a ridurre la concentrazione di ozono NO+O3 > NO2+O2

33 Ozono Alla concentrazione di 0,008-0,02 ppm (15-40 µg/mc) è possibile già rilevarne l odore; a 0,1 ppm provoca una irritazione agli occhi ed alla gola per la sua azione nei confronti delle mucose. Concentrazioni più elevate causano irritazioni all apparato respiratorio, tosse ed un senso di oppressione al torace che rende difficoltosa la respirazione. I soggetti più sensibili, come gli asmatici e gli anziani possono essere soggetti ad attacchi di asma anche a basse concentrazioni. Alla concentrazione di 1 ppm provoca mal di testa e a 1,7 ppm può produrre edema polmonare. In presenza di altri ossidanti fotochimici, di biossido di zolfo e d biossido di azoto, l azione dell ozono viene sempre potenziata per effetto sinergico. Concentrazioni elevate possono provocare la morte.

34 Ozono Per quanto riguarda la vegetazione, i danni provocati dall ozono sono talmente ingenti nel mondo che questo gas è considerato, assieme al biossido di zolfo, una delle principali cause del declino delle foreste L ozono provoca un alterazione del bilancio ionico, modifica gli amminoacidi, altera il metabolismo proteico, modifica la composizione in acidi grassi insaturi e reagisce con i residui solfidrici. Foglia di tabacco trattata con 70 ppb di ozono per 7 ore/giorno per 2 settimane

35 Chimicamente è un gas nobile, come l elio o l argon, è inodore, incolore, insapore e reagisce difficilmente con gli altri composti chimici. si origina in seguito al decadimento radioattivo di elementi come l uranio e il radio. La sua concentrazione viene solitamente misurata in Becquerel su metro cubo (Bq/mc) dove un Becquerel rappresenta una disintegrazione al secondo. Spesso nei paesi anglosassoni viene utilizzata l unità di misura picocurie su litro (pc/l) dove 1 Curie=3, Becquerel Radon Il radon (Rn) è un gas radioattivo naturale estremamente pericoloso: rappresenta la seconda causa di morte per tumore ai polmoni dopo il fumo di sigaretta. è stato inserito dalla Commissione Internazionale per la Ricerca sul Cancro (IARC) nel Gruppo 1 degli agenti cancerogeni riconosciuti

36 Radon In natura esistono tre diversi isotopi dell elemento radon: il Radon 219 (Rn 219 detto anche Attinon) che deriva dal decadimento radioattivo dell Uranio 235; il Radon 220 (Rn 220 chiamato anche Toron) che deriva dal decadimento del Torio 232; ed il Radon 222 (Rn 222) che deriva dall Uranio 238. Quando si parla di inquinamento da radon si fa riferimento quasi esclusivamente proprio al Radon 222 per la sua maggiore diffusione in natura e per il fatto che il tempo di decadimento degli altri isotopi è notevolmente più breve: meno di 1 minuto contro i 3,8 giorni del Radon 222.

37 Radon il radon viene generato in continuazione dagli elementi radioattiv presenti in tutti i costituenti della crosta terrestre, in modo particolare nelle rocce di origine vulcanica come le lave, le pozzolane, i tufi, il granito ed il porfido. Le aree più a rischio sono quelle che presentano formazioni geologiche originatesi da fenomeni di vulcanesimo, frequenti nelle aree collinose e montuose del Lazio, della Lombardia, del Friuli e della Campania

38 Radon Dal 1 Gennaio 2001 è entrato in vigore il Decreto Legislativo n.241 del (che recepisce la Direttiva Europea 96/29/Euratom). Questa legge impone di individuare le attività lavorative a rischio radon, di eseguire i relativi controlli e fissa dei limiti per gli ambienti di lavoro. Il limite d azione è fissato in 500 Becquerel/mc di valore medio annuo. in Italia non esiste una legge specifica sulla tutela della popolazione negli edifici residenziali. la Raccomandazione 90/143/Euratom del 21/02/90 non è ancora stata recepita in Italia. Questa Raccomandazione consiglia come soglia d intervento per gli edifici residenziali esistenti il valore di 400 Bq/mc, mentre per quelli in progettazione il valore di 200 Bq/mc. Da notare che una persona comune trascorre in media in locai

39 Benzene E' caratterizzato da un odore pungente e dolciastro che la maggior parte delle persone può già percepire alla concentrazione di 1,5-4,7 ppm. Nell acqua,, il sapore inizia a sentirsi a 0,5-4,5 ppm.

40 Benzene Le principali cause di esposizione al benzene sono il fumo di tabacco, le combustioni incomplete del carbone e del petrolio I gas esausti dei veicoli a motore e le emissioni industriali. i vapori liberati dai prodotti che contengono benzene, come colle, vernici, cere per mobili e detergenti,. Per quanto riguarda l inquinamento da benzene dovuto al traffico, circa il 95% dell inquinante deriva dai gas di scarico degli automezzi a benzina, mentre il restante 5% deriva dalle emissioni dovute all evaporazione del benzene presente nel serbatoio durante le soste.

41 Benzene L esposizione della popolazione avviene essenzialmente tramite l aria, dove il livello di benzene può variare da 5 a 70 µg/mc i livelli di benzene negli edifici sono generalmente più alti di quelli presenti nell ambiente esterno: all inquinamento di fondo si somma quello dovuto alle combustioni incomplete domestiche e quello generato dai vari prodotti contenenti benzene che vengono quotidianamente utilizzati in casa..

42 Benzene effetti tossici acuti Brevi esposizioni di 5-10 minuti a livelli molto alti di benzene nell aria ( ppm) possono condurre alla morte. Livelli di concentrazione più bassi ( ppm) possono causare giramenti, sonnolenza, aumento del battito cardiaco, tremori, confusione e perdita di coscienza. Concentrazioni minori ma più prolungate nel tempo possono alterare la memoria e certe capacità psichiche effetti tossici cronici L affezione che preoccupa di più, sia a livello professionale che ambientale, è la comparsa del cancro del sangue dovuta all esposizione ripetuta a concentrazioni di benzene di qualche ppm per più decine di anni. Diversi studi hanno messo in evidenza il pericolo di contrarre la leucemia mieloide o altre forme di cancro

43 Amianto Asbesto, o amianto, è il nome dato ad un gruppo di minerali altamente fibrosi che si possono trovare naturalmente nell ambiente: il Crisotilo (anche detto amianto bianco), appartenente alla serie mineralogica del serpentino; e gli anfiboli Crocidolite (amianto blu), Amosite (amianto bruno), Antofillite, Actinolite e Tremolite.

44 Amianto Miscelato con il cemento costituiva l eternit: tubi, tegole, canne fumarie serbatoi e vari tipi di lastre piane o ondulate L amianto è stato impiegato anche come componente di forni, stufe, phon, teli da stiro, guanti da forno, tende, tappezzerie, materiali da imballaggio, adesivi e collanti, coperte, grembiuli, giacche, pantaloni e stivali; in alcuni casi si è anche utilizzato in polvere come sabbia per i parco-giochi dei bambini.

45 Amianto Fibre: quelle particelle di asbesto che presentano una lunghezza di almeno 5 micrometri e un rapporto lunghezza:larghezza superiore o uguale a 3:1 la concentrazione ambientale di queste fibre minerali varia solitamente da 0,001 a 0,1 fibre per litro (fibre/l). nelle città concentrazione può raggiungere anche fibre per metro cubo

46 Amianto L asbestosi è una malattia che colpisce per esposizione ad alte concentrazioni di fibre aerodisperse. In genere compare dopo anni dall inizio del periodo di esposizione consiste in una lenta crescita di tessuto fibroso nei polmoni e nella membrana che circonda i polmoni. Il mesotelioma è un tipo di tumore che s sviluppa a carico della membrana che riveste i polmoni e gli altri organi interni. cancro polmonare compare solitamente a molti anni di distanza dall inizio dell esposizione

47 piogge acide

48 piogge acide

49 piogge acide Tanto per fare un esempio, nel 1979 la neve caduta in Virginia occidentale (USA) aveva un ph pari a 1,7. SO2, reagisce con microscopiche particelle metalliche che catalizzano, con il contributo delle radiazioni luminose, la reazione: 2SO2 + O2 + MeO + hv -> 2SO3 + MeO.

50 piogge acide una parte di queste reazioni di ossidazione è regolata dai radicali prodotti nel corso di varie reazioni fotochimiche: ioni ossidrili, perossidrili, perossidi, ecc. responsabili degli intermed di reazione. Si possono definire 4 reazioni principali: 1) OH-+SO2+O2 -> SO3+HO2 2) HO2+HO2 -> H2O2+O2 3) SO2+H2O2 -> H2SO4 4) SO3+H2O -> H2SO4 Gli ossidi di azoto a contatto con il vapore acqueo portano invece alla formazione dell acido nitrico, 5) NO2+O3 -> O2+NO3 6) NO3+NO2 -> N2O5 (anidride nitrica) 7) N2O5+H2O -> 2HNO3

51 piogge acide al diminuire del ph scompaiono diverse specie presenti nei corpi idrici.

52 smog fotochimico caratteristico colore dovuto alla presenza del biossido di azoto. Foto scattata a Seattle (USA).

53 smog fotochimico ). Bangkok (Thailandia( Thailandia). precise condizioni ambientali. luce solare almeno 18 C composti organici volatili ossidi di azoto

54 smog fotochimico Reazioni in atmosfera L identificazione delle di vie di formazione di NO2 costituisce quindi la chiave di volta per la comprensione dei processi fotochimici ossidativi L ozono si forma per reazione tra l ossigeno molecolare O2 e l ossigeno atomico radicale. Quest ultimo viene prodotto a partire da una serie di reazioni che coinvolgono gli ossidi di azoto: NO2 + hν -> NO + O O2 + O ---> O3 dove hν rappresenta un onda elettromagnetica nella zona dell ultravioletto (radiazione solare). l ozono, ideale per ossidare alcuni tipi di sostanze, quali il monossido di azoto, alcune molecole organiche odorigene, etc., non reagisce di fatto, per ragioni connesse alla sua struttura, con la maggior parte degli idrocarburi La principale via alternativa per la formazione di NO2 è descritta di seguito: i radicali ossidrile (OH) attaccano le molecole di idrocarburi volatili (RH) dalla cui degradazione e dalla loro successiva reazione con l ossigeno atmosferico si formano i radicali liberi perossido (RO2). RH + OH ----> R + H2O R + O2 ----> ROO ROO + NO ----> RO + NO2

55 smog fotochimico I processi che generano i radicali ossidrile (OH) costituiscono quindi i processi fondamentali per l avvio dei processi di inquinamento fotochimico. La loro produzione è anche essa fondamentalmente di tipo fotochimico, ed i principali precursori sono l acido nitroso, la formaldeide e lo stesso ozono: O3 +hn --> O2 + O aldeidi + O --> RCO + OH O + H2O --> 2OH HNO2 + hn --> NO + OH

56 smog fotochimico La genesi di un evento di smog fotochimico consta quindi di diverse fasi, che possono essere così schematizzate: 1. un atmosfera ricca di inquinanti primari, quali ossidi di azoto e idrocarburi volatili, nonché di precursori di radicali OH, come acido nitroso, formaldeide e ozono, viene investita dalla radiazione solare UV 2. la radiazione UV provoca la fotolisi di acido nitroso, formaldeide ed ozono (in ordine crescente di livello di energia ultravioletta necessaria per la fotolisi), con produzione di radicali OH. 3. i radicali OH attaccano varie specie di idrocarburi volatili reattivi, innescando una serie di reazioni a catena che portano alla degradazione delle molecole di idrocarburi e alla formazione di radicali perossido. 4. i radicali RO2 ossidano il monossido di azoto, producendo NO2; ogni radicale partecipa a parecchi cicli di conversione di NO ad NO2 prima di estinguersi.

57 smog fotochimico A questo punto si possono verificare le seguenti due reazioni: a. il biossido di azoto, per fotolisi, produce ozono, rigenerando una molecola di NO che torna ad essere disponibile per una nuova ossidazione b. in alternativa, quando la concentrazione di NO diventa sufficientemente bassa il biossido di azoto reagisce con radicali OH, formando acido nitrico (HNO3), o con radicali perossiacetile formando i PAN (perossiacetilnitrati), prodotti terminali che esauriscono la catena di reazioni. In tal caso, l NO2 viene rimosso dal ciclo fotochimico. La reazione b. è favorita quando - i radicali formatisi per ossidazione di R ed RCO convertono rapidamente NO in NO2, la concentrazione di NO2 sale mentre quella di NO scende; - la concentrazione di NO si avvicina a zero e il normale processo di eliminazione dell ozono della reazione a. non interviene e aumenta la concentrazione di O3 nell atmosfera che contribuisce a innescare il ciclo e a far aumentare le concentrazioni di inquinanti secondari prodotti dall ossidazione di idrocarburi;

58 smog fotochimico

59 smog fotochimico Il perossiacetilnitrato (PAN è un nitrocomposto organico che si forma in atmosfera in periodi di intensa attività ossidativa. L effetto del PAN sulla salute umana consiste essenzialmente nell irritazione degli occhi;

60 smog fotochimico La principale sorgente dell acido nitrico in atmosfera è la reazione del biossido d azoto (NO2) con i radicali ossidrile (OH) durante gli eventi di smog fotochimico. La concentrazione atmosferica varia da poche unità a ppb. L acido nitroso ha origine principalmente dalla reazione tra biossido d azoto e acqua, che ha carattere eterogeneo (avviene sulle superfici). Gli effetti sulla salute dell acido nitroso sono attualmente poco noti; sembra accertato che l acido nitroso sia uno dei precursori delle nitrosoammine cancerogene ed abbia effetti mutagenici. Le sorgenti atmosferiche di formaldeide, sono costituite principalmente dall ossidazione degli idrocarburi Gli idrocarburi policiclici aromatici nitrati (Nitro-IPA) sono composti organici caratterizzati dalla presenza di uno o più gruppi nitro (NO2) che sostituiscono gli idrogeni presenti nelle strutture degli idrocarburi policiclici aromatici.

61 il buco dell ozono Nell uomo l eccessiva esposizione a questi raggi è correlata ad un aumento del rischio di cancro della pelle, generato a seguito delle mutazioni indotte nel DNA delle cellule epiteliali. I raggi ultravioletti possono causare inoltre una inibizione parziale della fotosintesi delle piante, causandone un rallentamento della crescita e, nel caso si tratti di piante coltivate, una diminuzione dei raccolti. I raggi UV possono anche diminuire l attività fotosintetica del fitoplancton che si trova alla base della catena alimentare marina, causando di conseguenza uno scompenso notevole a carico degli ecosistemi oceanici. il fenomeno rappresenta l aspetto più evidente della generale e graduale diminuzione dell ozono nella stratosfera. Il problema è estremamente importante in quanto una riduzione dell effetto schermante dell ozono comporta un conseguente aumento dei raggi UV che giungono sulla superficie della Terra

62 il buco dell ozono Le osservazioni da satellite e dalla terra hanno permesso di valutare la distribuzione media dell ozono totale sia in funzione della latitudine che della stagione I valori massimi di concentrazione si trovano alle latitudini medio-alte. Per quanto riguarda le variazioni temporali il valore massimo assoluto si verifica all inizio della primavera alle alte latitudini. In estate si osserva una diminuzione dell ozono fino a raggiungere un minimo in autunno.

63 Nel periodo inverno-primavera nella fascia dell emisfero settentrionale fra i 60 e gli 80 di latitudine la diminuzione è stata superiore del 7,5% ogni dieci anni il buco dell ozono ciclo solare: dura circa 11 anni e comporta una fluttuazione dell ozono pari all 1-2%. Notevoli oscillazioni annuali (anche il 40%) sono legate alla variabilità naturale intrinseca, fenomeni casuali, come le eruzioni vulcaniche, possono provocare variazioni anche del 10%. l azione degli inquinanti A partire dal 1979, alle latitudini più popolate del globo si è osservata una diminuzione annuale dell ozono colonnare pari a 5% ogni 10 anni.

64 il buco dell ozono

65 il buco dell ozono ODS, Ozone Depleting Substances sono generalmente molto stabili nella troposfera e si degradano solamente per l intensa azione della luce ultravioletta nella stratosfera; quando si spezzano, rilasciano atomi di cloro e di bromo che danneggiano l ozono. ODP, Ozone Depleting Potential L ODP è il rapporto tra l impatto sull ozono di un composto chimico e l impatto causato dal CFC-11 avente la stessa massa della sostanza presa in considerazione. Così, l ODP del CFC-11 è definito pari a 1.

66 il buco dell ozono i Clorofluorocarburi (CFC). costituiti da Cloro, Fluoro e Carbonio. Questi composti sono comunemente utilizzati come refrigeranti, solventi ed agenti propellenti. I più comuni CFC sono i CFC-11, CFC-12, CFC-113, CFC-114 e il CFC-115. Il potenziale di danno all ozono (ODP) per ognuno dei CFC citati è rispettivamente: 1; 1; 0,8; 1 e 0,6. La produzione dei CFC è stata abbandonata in base ad accordi internazionali. Altri composti implicati nel fenomeno sono gli HCFC (Idroclorofluorocarburi), utilizzati temporaneamente per rimpiazzare i CFC. Contengono cloro e per questo sono in grado di deteriorare la fascia di ozono nella stratosfera, ma molto meno efficacemente dei CFC. Hanno un ODP che varia a seconda dei composti fra 0,01 e 0,1. Anche la produzione di HCFC dovrà essere abbandonata (nel 2020 nelle nazioni occidentali e nel 2040 nei Paesi in via di sviluppo). gas Halon (Bromofluorocarburi): il bromo è molte volte più efficace nella distruzione della fascia di ozono di quanto possa esserlo il cloro Il potenziale di eliminazione dell ozono del halon 1301 e del 1211 sono rispettivamente 10 e 3; recenti studi scientifici riportano 13 e 4.

67 il buco dell ozono degradazione dei vari composti ODS la liberazione di molecole biatomiche di Cloro (Cl2) e Bromo (Br2) All insorgere della Primavera australe (Ottobre-Novembre) l azione dei ragg del sole provoca la dispersione delle nubi stratosferiche polari e la scissione delle molecole biatomiche di cloro e bromo in singoli atomi altamente reattivi. Gli atomi degli alogeni agiscono come catalizzatori, combinandosi a ripetizione con molecole di ozono e formando una molecola di ossigeno e u monossido Cl+O3 > O2+ClO. Il monossido si combina poi con un atomo di ossigeno liberando ossigeno molecolare e un atomo dell alogeno che ricomincia il processo ClO+O > O2+Cl. Con questo ciclo ripetitivo un singolo atomo di cloro o bromo può distruggere centinaia di molecole di ozono prima di venire neutralizzato (da sostanze come il metano, il perossido di idrogeno o l idrogeno)

68 il buco dell ozono Rappresentazione del buco dell'ozono realizzata dal Royal Netherlands Meteorological Institute (RNMI); l'immagine si riferisce alla giornata del 18 settembre 2001

69 effetto serra

70 Il protossido di azoto è emesso durante le attività agricole ed industriali, Gas serra estremamente attivi sono i gas non presenti normalmente in natura, ma generati da diversi processi industriali, come gli idrofluorocarburi (HFC), i perfluorocarburi (PFC) e l esafluoruro di zolfo (SF6 ). effetto serra I gas serra naturali comprendono il vapor d aqua, l anidride carbonica, il metano, l ossido nitrico e l ozono Certe attività dell uomo, comunque, aumentano il livello di tutti questi gas e liberano nell aria altri gas serra di origine esclusivamente antropogenica Grandi emissioni di metano avvengono anche in seguito alla decomposizione della materia organica nelle discariche ed alla normale attività biologica degli organismi superiori (soprattutto ad opera dei quasi 2 miliardi di bovini presenti sulla terra).

71 effetto serra Per meglio definire l apporto che ogni determinato gas serra fornisce al fenomeno del riscaldamento globale, si è concepito il potenziale di riscaldamento globale (Global Warming Potential, GWP). Questo valore rappresenta il rapporto fra il riscaldamento globale causato in 100 anni da una particolare sostanza ed il riscaldamento provocato dal biossido di carbonio. Se GWP della CO2 pari a 1, il metano ha GWP pari a 21, il CFC-12 ha un GWP di 8500, il CFC-11 ha un GWP di Vari HCFC e HFC hanno un GWP varabile fra 93 e L esafluoruro di zolfo è un gas serra estremamente potente e ha un GWP pari a 23900, il che vuol dire che una tonnellata di SF6 provoca un aumento dell effetto serra pari a quello causato