Paola Fermo. Dipartimento di Chimica Inorganica, Metallorganica e Analitica, Milano, Acquario Civico, 14 marzo 2012

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1 Paola Fermo Dipartimento di Chimica Inorganica, Metallorganica e Analitica, via Venezian 21, 20133, Milano, i it Milano, Acquario Civico, 14 marzo 2012

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4 Gli inquinanti atmosferici Gas Particelle (particolato atmosfercio, PM particulate matter)as

5 Inquinanti gassosi

6 Il particolato atmosferico (PM) rappresenta uno dei principali inquinanti presenti in atmosfera Per particolato atmosferico si intende l'insieme di particelle atmosferiche solide e liquide con diametro compreso fra 0,1 e 100 micron. PTS (particolato t totalet sospeso) PM10 materiale particolato con diametro aerodinamico inferiore ai 10 µm PM2.5 materiale particolato con diametro aerodinamico inferiore ai 2.5 µm

7 Il particolato atmosferico quale aspetto 1 micron = 1 millesimo di mm

8 Le sorgenti -materiale particolato di origine naturale (materiale ri-sospeso dalla superficie della terra, spray marino, polveri del suolo, emissioni biogeniche)

9 Le sorgenti - materiale particolato di origine antropica cioè introdotto dall uomo; è prevalente in atmosfera urbana ed è prodotto principalmente da processi di combustione (traffico, riscaldamento) ed emissioni industriali

10 Ma l inquinamento atmosferico ha origini più antiche Seneca scrive di avere migliorato la sua salute dopo essersi allontanato dai fumi della città

11 E' del 1250 circa (all epoca di Enrico II) la più,.

12 Concentrazioni in atmosfera di particolato: quante particelle respiriamo in un giorno? numero (cm -3 ) massa (g m -3 ) N: S: (part/cm (part/cm 3 3 ) ) x x cm cm 3 3 /insp /insp.. x x insp insp././ min min x x min min /jour /jour 12 =4.32 = particelle particules / giorno jour

13 IL PROCESSO DI FORMAZIONE (primario e secondario) Fonti primarie : emissione diretta di materiale particolato in atmosfera FONTI NATURALI (azione del vento, emissioni di pollini, ceneri vulcaniche, fuochi forestali, sale marino..) FONTI ANTROPICHE (traffico, riscaldamento, processi industriali, inceneritori) Fonti secondarie: condensazione di composti gassosi. Precursori Gassosi Materiale Particolato CONDENSAZION E EMISSIONE DIRETTA nucleazione coagulazione coagulazione Gas (molecole) Dp < 0.01 µm 0.01<Dp < 0.1 µm Aerosol Secondario 0.1<Dp < 1 µm 1<Dp < 10 µm Aerosol Primario

14 Come si raccolgono le particelle aerodisperse

15 Vengono aspirate e raccolte su filtri che poi vengono pesati

16 Rete Rilevamento Dati forniti da ARPA Lombardia, Milano, 11 febbraio Stazioni di rilevamento Sensori PM10+PM NOx 143 CO 75 O3 74

17 Rete regionale di qualità dell aria : Fonte: ARPA Lombardia Rete di stazioni automatiche (111 stazioni pubbliche + 80 stazioni private) 42 stazioni con analizzatore automatico di PM10, 7 con analizzatore automatico di PM Laboratori mobili 40 Campionatori di particolato fine (32 PM10, 8 PM2.5) 14 Campionatori sequenziali d aria 2 Contaparticelle ottico Sono inoltre misurati, con successive analisi in laboratorio su una parte di campioni di particolato, gli IPA, metalli pesanti quali As, Cd, Ni, Hg, e formaldeide

18 Dentro la stazione Veri e propri laboratori Dentro la stazione

19 Campionamento in ambiente museale Campionamento in ambiente remoto DOVE? Siti da traffico ma anche

20 Ai fini della tutela della salute umana e dell ambiente nel suo complesso, è particolarmente importante combattere alla fonte l emissione di inquinanti nonché individuare e attuare le più efficaci misure di riduzione delle emissioni a livello locale, nazionale e comunitario. È opportuno pertanto evitare, prevenire o ridurre le emissioni pp p p di inquinanti atmosferici nocivi e definire adeguati obiettivi per la qualitàdell aria ambiente che tengano conto delle pertinenti norme, orientamenti e programmi dell Organizzazione mondiale della sanità.

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22 PM 10 Medie Annue

23 PM2.5 Medie Annue PM2.5 Medie Annue

24 inverno estate Le variabili meteorologiche sono di fondamentale importanza rispetto ai livelli di inquinamento presenti. Regolano infatti la velocità con cui gli inquinanti vengono trasportati e si disperdono in aria (es. velocità del vento) o portati al suolo (rimozione da parte della pioggia)

25 Andiamo ad osservarle: il mocroscopio ottico non è sufficiente!

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27 Immagine dal microscopio a scansione elettronica di PM 10 raccolte su filtro di policarbonato in ambiente urbano

28 I diversi tipi di morfologie

29 Alcune sono sferiche ma non tutte!

30 Unesempio: le particelle emesse dai motori diesel

31 Particolato naturale: lo spray marino

32 DENTRO LA PARTICELLA: LA CARATTERIZZAZIONE CHIMICA DEL PARTICOLATO

33 Il chimico le analizza con strumentazione avanzata

34 Il particolato atmosferico è costituito prevalentemente da: materiale carbonioso, acqua,solfati, nitrati, silicati e ossidi di metalli. Sostanze inorganiche PM10 Ossidi dei metalli pesanti 3,0% EC 5,0% Ammonio solfato 15,5% OC 28,4% Sostanze organiche Other 37,1% Ammonio nitrato 30% Polvere del suolo 10,9% LA MAGGIOR PARTE DI QUESTI COMPOSTI SI FORMANO IN ATMOSFERA QUINDI LE SORGENTI NON POSSONO ESSERE FACILMENTE INDIVIDUATE

35 2005 Clean Air Task Force Come sono fatte

36 EC /OC EC black carbon (BC) struttura: simile alla grafite (con gruppi funzionali) sorgenti: combustione del carbone ed emissioni diesel OC organic carbon struttura: alcune centinaia di composti sorgenti:processi di combustione (ambiente urbano combustione della benzina, riscaldamento domestico); combustione della biomassa e della legna (biomass e wood burning), emissioni biogeniche

37 Il contributo della legna al PM Combustibile PM10 Sistema di combustione Fattore di emissione Stufa tradizionale 500 g/gj ( ) Camino aperto 700 g/gj Camino chiuso 300 g/gj Stufa innovativa 150 g/gj (50 250) BAT (stufa automatica 50 g/gj (30 100) a pellets o cippato) Combustione gas naturale 0.2 g/gj (0.03-1) Combustione gasolio 5 g/gj (0.5-50) Combustione olio 40 g/gj (3-60) t/anno benzina verde 652 carbone 17 diesel gas di raffineria 125 gasolio 692 GPL 1,9 kerosene 21 legna e similari metano 243 olio combust 362 altro 87 senza comb Totale

38 Come verificare il contributo della combustione della biomassa alle concentrazioni ambientali di PM10? Si è usato come tracciante il Levoglucosano 1,6-Anhydro-<-D-glucopyranose marker biogenico univoco per la combustione della biomassa, ed in particolare della legna, in quanto: è emesso esclusivamente durante i processi di pirolisi della cellulosa a T > 300 C; è stabile in atmosfera.

39 Contributo medio stagionale della combustione di biomasse alla concentrazione di PM10 sulla base di misure di levoglucosano nel particolato raccolto in atmosfera INVERNO ESTATE Milano 13% 0,4% Sondrio 26% 6% Lodi 18% 4% Contributo della combustione da biomassa in inverno ( ) in Lombardia ug/m Milano Sondrio Lodi La combustione della legna emette inoltre sostanze nocive per la salute PM totale PM da biomass burning

40 Gli effetti sulla salute Le particelle atmosferiche inalate attraverso l apparato respiratorio hanno effetti sulla salute: le particelle più grandi sono facilmente trattenute nelle cavità nasali e nella faringe; le particelle più piccole possono raggiungere i polmoni; attraverso i polmoni il particolato entra nel sistema linfatico e circolatorio; i componenti solubili possono inoltre essere trasportati all interno di organi lontani dai polmoni

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43 FRAZIONE RESPIRABILE (regione alveolare) le particelle caratterizzate da un dae < 2.5 micron arrivano fino alla zona alveolare, penetrando negli alveoli stessi quando il loro dae è < 1m circa. Gli studi riguardanti quest ultima tipologia di particelle, il particolato ultrafine, ovvero quello con dae < 1 micron sono ancora allo stato iniziale ma alcuni studi affermano che esse sono in grado di penetrare nelle cellule diventando le principali responsabili di quelle che vengono definite al giorno d oggi nanopatologie.

44 Sono state individuate forti correlazioni tra l aumento del tasso di mortalità ed episodi acuti di inquinamento dell aria. Nel 1952 a Londra si verificò un caso di emissione di smog costituito prevalentemente da SO 2 e materiale particellare

45 Patologie che possono essere indotte dal particolato atmosferico Dagli studi epidemiologici più recenti emerge un'evidenza medica e scientifica dovuta all'esposizione al materiale particellare correlazione tra l aumento delle concentrazioni di polveri e: il numero di ricoveri ospedalieri per patologie a carico dell apparato respiratorio (BPCO, broncopatie) il numero di morti per infarto del miocardio

46 Gli effetti degli inquinanti possono essere di tipo acuto, quando insorgono dopo un breve periodo di esposizione (ore o giorni) ad elevate concentrazioni di inquinanti, o di tipo cronico, se si manifestano dopo un lungo periodo (anni o decenni) ad esposizioni non necessariamente elevate ma continue. La conoscenza dei meccanismi di azione degli inquinanti necessita ulteriori approfondimenti poiché, se da un lato si hanno informazioni sugli effetti acuti provocati da una singola sostanza, dall'altro non sono ben noti gli effetti cronici delle miscele di inquinanti a concentrazioni poco elevate. Infatti è necessario calcolare l'influsso di tutti i fattori potenzialmente influenti come l'effetto combinato della miscela di sostanze presenti in atmosfera e lo stato di salute e sociale del paziente

47 Gli inquinanti, in particolare PM, non agiscono solo per impatto con le vie aeree, ma interferiscono con meccanismi biochimici e molecolari dell organismo capaci di favorire la comparsa o di aggravare l andamento di numerose malattie. PM 2.5 aumenta l asma in bambini, particolarmente nei giorni di assenza di fumo passivo. Bertazzi 2012, Baccarelli & Kaufman, 2011

48 Sono EFFETTI in grado SULL UOMO di modificare DI ALCUNI il DNA INQUINANTI GASSOSI SO2: irritante, odore pungente, acidificazione ambiente. NO2: irritante, odore pungente, effetti sugli asmatici. O3: irritante, riduzione funzione polmonare (tosse, dispnea, attacchi d asma) asma). Benzene: agente cancerogeno. Benzopirene: componente degli IPA, probabili cancerogeni. Il citocromo P450 è una emoproteina Piombo: con azione detossificante effetti sulla del nostro funzionalità renale, sist. immunit. organismo composti inorganici forse cancerogeni

49 STIME RIPORTATE DALL ORGANIZZAZIONE MONDIALE DELLA SANITA Mortality and burden of disease from outdoor air pollution Situation and trends In the year 2008, urban outdoor air pollution was responsible for 1.3 million annual deaths, respresenting 2.4% of the total deaths. Worldwide, urban air pollution is estimated to cause about 9% of the lung cancer deaths, 5% of cardiopulmonary deaths and about 1% of respiratory infection deaths.

50 Ai fini degli effetti sulla salute potrebbe essere importante non solo la massa ma anche il numero!

51 L'aumento dell'attività respiratoria dovuta allo sforzo fisico e la dilatazione delle prime vie respiratorie aumenta la capacità di penetrazione nell'organismo delle sostanze inquinanti respirate. Un altro consiglio è quello di evitare di svolgere attività g q g fisica nei parchi e nelle aree verdi urbane negli orari più caldi, quando è maggiore il rischio di inquinamento da ozono. Paradossalmente, infatti, per complesse reazioni chimiche è proprio la mancanza di smog ad impedire l'abbattimento dei livelli di ozono.

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53 Gli effetti sul clima Il particolato atmosferico può diffondere la luce del Sole assorbendola e riemettendola in tutte le direzioni; oppure la può diffondere impedendo che questa raggiunga la terra Questo fenomeno può determinare effetti: locali (temporanea diminuzione della visibilità) globali (possibili influenze sul clima) (CLIMATE CHANGE)

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55 sulla visibilità

56 sulla visibilità Great Smoky Mountains National Park

57 e sulle opere d arte Il particolato provoca danni ai materiali, come la corrosione dei metalli o delle superfici lapidee (trasformazione del carbonato di calcio in gesso), sia per azione chimica che meccanica, annerimento di edifici e opere d'arte, ridotta durata dei tessuti.

58 INQUINAMENTO DEGLI AMBIENTI CONFINATI (inquinamento indoor)

59 nel Dove caso di abitazioni, passiamo scuole, iluffici, tempo edifici pubblici,? mezzi di trasporto, ecc., l inquinamento indoor viene frequentemente sottovalutato per fattori di natura squisitamente culturale, psicologica o storica. In realtà, diverse ricerche hanno dimostrato che in questi luoghi l esposizione ad inquinanti di varia natura può essere addirittura superiore a quella relativa agli inquinanti in ambiente esterno o industriale. 8% 9% Casa Lavoro Trasporto Svago 27% 56%

60 Danni alla salute Concentrazione inquinanti Tempo di esposizione

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65 NUMERO DI RICAMBI D ARIA/h OTTIMALI IN DIVERSI AMBIENTI 1-2 > Abitazioni ed uffici privati 2-3 > Stanze degenza ospedaliera > Aule scolastiche, luoghi di riunione, uffici pubblici 6-8 > Stabilimenti, ristoranti, discoteche/sale da ballo 8-10 > Locali con produzione di odori e vapori, bagni e cucine

66 TIPOLOGIE DI INQUINANTI INTRAMURALI FISICI CHIMICI BIOLOGICI

67 INQUINANTI INDOOR: CHIMICI monossido di carbonio ossidi di azoto composti organici volatili (COV) benzene formaldeide idrocarburi policiclici aromatici (IPA) polveri sospese (cottura dei cibi, sigarette) fibre minerali sintetiche, amianto

68 IDROCARBURI POLICICLICI AROMATICI (IPA) Fonti: processi di combustione (camini, stufe a legna, stufe a gas, fornelli a gas, boiler e caldaie), cottura dei cibi, fumo di tabacco EFFETTI SULLA SALUTE Possibili e probabili canceroegni umani (gruppo 2A e 2B IARC) con la possibilità di formare altri composti tossici (nitro-ipa) Effetti irritanti Effetti genotossici Effetti teratogeni e sullo sviluppo embrionale Effetti immunotossici

69 COMPOSTI ORGANICI VOLATILI (COV) Circa 300 diversi composti (per la maggior parte idrocarburi: solventi, detergenti, sostanze isolanti, fumo di sigaretta, fumo di cottura degli alimenti, ecc.) Le sorgenti sono: gli impianti di combustione il fumo di tabacco nei nuovi edifici: materiali usati per l isolamento termico e acustico e per il rivestimento delle superfici

70 Inquinamento Indoor da Formaldeide La formaldeide è un composto organico volatile che a temperatura ambiente si presenta come un gas incolore e dall odore pungente. La formaldeide è da molti anni ampiamente utilizzata nella produzione di materiali per l edilizia, mobili, prodotti per la pulizia, colle, vernici, disinfettanti, plastiche, coloranti, imballaggi, ecc.; può essere presente anche nell abbigliamento e nella tappezzeria.

71 la formaldeide è un composto cancerogeno per l uomo: è stata ufficialmente definita come tale dall Agenzia Internazionale per la Ricerca sul Cancro già nel Oltre a questo, provoca irritazioni al naso e alla gola, arrossamenti degli occhi, congiuntivite.. Per ridurne la concentrazione nell aria, bisogna innanzitutto eliminarne le fonti: evitare di fumare in casa, utilizzare prodotti che non la contengono, non acquistare mobili truciolati con resine a base di formaldeide, ecc. Dato che sia il calore che l umidità aumentano le emissioni delle fonti, è anche opportuno favorire i ricambi d aria e mantenere un umidità fra il 40 e il 60%.

72 PRODOTTI DI VARIO IMPIEGO IN AMBIENTE DOMESTICO detersivi disinfettanti insetticidi, tarmicidi, repellenti, ecc. spray deodoranti per ambienti prodotti per la cura della persona spray a secco per tessuti vernici, solventi, colle, sigillanti, ecc.

73 EFFETTI SULLA SALUTE irritazione a occhi, naso e gola cefalea nausea possibili danni a fegato e reni effetti sul sistema nervoso centrale

74 INQUINANTI ESTERNI INQUINANTI Polveri sospese NO x Benzene CO IPA SO 2 SO 3 FONTI Traffico veicolare Riscaldamento domestico Impianti industriali

75 Fattori ambientali (ubicazione e orientamento dell edificio) Scelte costruttive (impiego di materiali non inquinanti e non nocivi) Scelte di arredamenti e finiture non nocivi Attenzione a colle, adesivi, sigillanti, prodotti per la pulizia della casa, spray vari Adeguata ed efficace ventilazione degli ambienti Mantenimento di adeguati livelli di temperatura e umidità Pulizia e manutenzione dei filtri degli impianti di condizionamento Educazione comportamentale (divieto di fumo, limitazione nell uso dei prodotti chimici, corretto approccio alla pulizia e manutenzione delle abitazioni)

76 E se avete voglia di approfondire l argomento una lettura non convenzionale per giovani e adulti che abbiano voglia di capire, conoscere ed essere informati correttamente su tematiche che fanno oramai parte della nostra vita quotidiana. I capitoli 1. Caratteristiche chimico fisiche 2. Le sorgenti 3. Il monitoraggio 4. Effetti degli aerosol su scala globale 5. PM e Salute 6. Sistemi per il supporto al decisore 7. Aspetti normativi

77 E se avete voglia di approfondire l argomento Il Girone delle Polveri Sottili Viaggio nel mondo delle Nanoparticelle tra inquinamento, patologie e interessi finanzia Stefano Montanari Aria da pioggia. Polveri sottili, effetti atmosferici e comportamenti ecosostenibili - Brossura (2010), di Marco Casazza e Anna Giulian

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