La qualità dell aria Fonti e conseguenze per la salute dell inquinamento dell atmosfera Classe IV B Liceo Scientifico «Camillo Golgi» 21 aprile 2012 di Nicola Locatelli
La chimica dell atmosfera N 2 O 2 Ar H 2 O CO 2 Ne He CH 4 Kr H 2 Altri composti 78,08% 20,95% 0,93% 1% (variabile) 0,038% 0,0018% 0,00052% 0,00017% 0,00011% 0,000055% 383 18 5,2 1,7 1,1 0,55 ppm ppm ppm ppm ppm ppm
Inquinamento atmosferico: presenza nell'atmosfera di sostanze che causano un effetto misurabile sull essere umano, sugli animali, sulla vegetazione o sui diversi materiali. Inquinanti: sostanze di solito non presenti nella normale composizione dell aria, o che lo sono ad un livello di concentrazione inferiore. Possono essere di origine antropica o naturale.
Tipologie di inquinanti: Primari - immessi direttamente nell ambiente in seguito al processo che li ha prodotti, CO, CO 2, NO x, SO 2 polveri, idrocarburi incombusti. Secondari - sostanze che si formano dagli inquinanti primari (sia antropici che naturali) a seguito di modificazioni di varia natura causate da reazioni che, spesso, coinvolgono l ossigeno atmosferico e la luce, reazione a catena fra ossidi di azoto ed idrocarburi (smog fotochimico).
Concentrazione di inquinanti: quantità dei contaminanti presenti nelle emissioni numero e concentrazione delle sorgenti inquinanti distanza dai punti di emissione trasformazioni chimico-fisiche alle quali sono sottoposte le sostanze emesse eventuale velocità di ricaduta al suolo situazione morfologica delle aree interessate all inquinamento condizioni meteorologiche locali e su grande scala
Ossidi di zolfo - SO x Caratteristiche: Gas incolore, irritante, non infiammabile, molto solubile in acqua e dall odore pungente, più pesante dell aria tende a stratificarsi nelle zone più basse. Ritenuto fino a pochi anni fa uno dei principali inquinanti atmosferici, ultimamente la sua significatività si è sensibilmente diminuita grazie alle forti riduzioni delle emissioni nel nostro paese per l utilizzo di combustibili a basso tenore di zolfo. Sorgenti: Di origine antropica (fonderie, industrie chimiche, processi metallurgici), derivano dall ossidazione dello zolfo nel corso dei processi di combustione delle sostanze che contengono questo elemento come impurezza. Le principali sorgenti naturali sono i vulcani e i processi di decomposizione organica. NB: Dato che la reazione di ossidazione è molto lenta, e data la reattività di questo composto con l acqua, in genere la concentrazione di SO 3 varia fra l 1 e il 5% della concentrazione di SO 2
Nel 2008: circa 282.000 t su 2.793.000 totali (Dati ISPRA)
Ossidi di azoto - NO x Caratteristiche NO: Gas incolore, insapore ed inodore è prodotto soprattutto nel corso dei processi di combustione ad alta temperatura con successivo rapido raffreddamento. N 2 + O 2 + t = 2NO Viene poi ossidato in atmosfera dall ossigeno e più rapidamente dall ozono producendo NO 2. NO 2 : Il biossido di azoto è un gas tossico di colore giallo-rosso, dall odore forte e pungente e con grande potere irritante. Rappresenta un inquinante secondario dato che deriva, per lo più, dall ossidazione in atmosfera del monossido di azoto. Sorgenti: Le sorgenti naturali sono costituite essenzialmente dalle decomposizioni organiche anaerobiche, da segnalare anche l azione dei fulmini, gli incendi e le emissioni vulcaniche. Le sorgenti di origine antropica riguardano qualsiasi processo o attività che preveda una combustione all interno del suo ciclo, (in particolare fumi di scarico di autoveicoli e centrali termoelettriche, riscaldamento).
Los Angeles, USA.
Nel 2008: circa 1.061.000 t (Dati ISPRA)
Monossido di carbonio - CO Caratteristiche : E un gas tossico incolore, inodore e insapore che viene prodotto ogni volta che una sostanza contenente carbonio brucia in maniera incompleta. E più leggero dell aria e diffonde rapidamente negli ambienti. Sorgenti: idrocarburi emessi naturalmente in atmosfera. La frazione prodotta 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) Quelle di origine naturale sono dovute agli incendi delle foreste, alle eruzioni dei vulcani, alle emissioni da oceani e paludi e all ossidazione del metano e degli
Nel 2008: circa 2.864.000 t su 3.051.000 totali (Dati ISPRA)
Particolato atmosferico PM 10 Caratteristiche : Particelle sospese solide o liquide che, a causa delle loro piccole dimensioni, restano in atmosfera per tempi più o meno lunghi. Sono costituite 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. Le polveri sottili, dette anche PM10, includono tutte le particelle di dimensioni fino a 10 micrometri di diametro. Si distinguono in per la loro origine in primarie e secondarie, oppure in base alla loro dimensione: polveri inalabili in grado di penetrare nel tratto superiore dell apparato respiratorio (dal naso alla laringe); polveri toraciche quelle in grado di raggiungere i polmoni; polveri respirabili possono invece penetrare nel tratto inferiore dell apparato respiratorio (dalla trachea fino agli alveoli polmonari). In generale, la frazione grossolana del PM10, cioè di dimensione compresa tra 2,5 e 10 micrometri, si compone in gran parte di particelle primarie ed il PM fine, detto anche PM2,5 cioè di dimensione inferiore ai 2,5 micrometri, contiene soprattutto particelle secondarie.
Sorgenti: Le polveri si originano sia da fonti naturali che antropogeniche. Le polveri fini derivano principalmente da processi di combustione (particolato primario) e da prodotti di reazione dei gas (particolato secondario), la frazione grossolana delle polveri si origina in genere da processi meccanici (solo particolato primario). Es. primario (naturale): Le eruzioni vulcaniche, gli incendi boschivi, l erosione e la disgregazione delle rocce, le piante (pollini e residui vegetali), le spore, lo spray marino e i resti degli insetti. Es. primario (antropico): Utilizzo di combustibili fossili (riscaldamento domestico, centrali termoelettriche, ecc.); emissioni degli autoveicoli; usura dei pneumatici, dei freni e del manto stradale; processi industriali (fonderie, miniere, cementifici, ecc.). Da segnalare anche le grandi quantità di polveri che si possono originare in seguito a varie attività agricole. Si stima che ogni giorno nel mondo vengano immesse nell aria circa 10 milioni di tonnellate di particolato; di queste il 94% è di origine naturale. La concentrazione nell aria di queste particelle viene comunque limitata dalla naturale tendenza alla deposizione per effetto della gravità e dall azione delle nubi o delle piogge (rimozione umida).
Storico inquinanti da traffico veicolare, APAT 2003
Ozono O 3 Caratteristiche: Gas tossico di colore bluastro, costituito da molecole instabili formate da tre atomi di ossigeno (O3); queste molecole si scindono facilmente liberando ossigeno molecolare ed un atomo di ossigeno estremamente reattivo. La positiva presenza nella stratosfera si contrappone alla negativa presenza nella troposfera. Sorgenti: Questo gas è un inquinante secondario che si forma quando gli inquinanti prodotti dai motori dei veicoli e dalle industrie ( i cosiddetti precursori-ossidi di azoto e idrocarburi) interagiscono con i raggi solari ultravioletti. Questa reazione è influenzata da variabili meteorologiche come l'intensità delle radiazioni solari, la temperatura, la direzione e la velocità del vento. Infatti i livelli di ozono tendono ad aumentare quando non c'è vento, il sole splende e la temperatura è elevata. Poiché questo tipo di inquinamento si diffonde con facilità a grande distanza, elevate concentrazioni di ozono si possono rilevare anche molto lontano dai punti di emissione dei precursori, in luoghi comunemente ritenuti immuni da inquinamento, come ad esempio in alta montagna.
Dall ozono allo smog fotochimico NO 2 + «UV» NO +O O + O 2 O 3 NO + O 3 NO 2 + O 2 Sembrerebbe un ciclo all equilibrio e in effetti lo è, manca un ingrediente: COV COV + NO + O 2 + luce miscela di O 3, HNO 3 e prodotti organici.
Altri inquinanti Benzene (la sua pericolosità è dovuta principalmente al fatto che è un cancerogeno riconosciuto per l uomo, le principali cause di esposizione al benzene sono il fumo di tabacco, le combustioni incomplete di carbone, petrolio (dei quali è un costituente naturale), i gas esausti dei veicoli a motore e le emissioni industriali (produzione di plastiche e resine sintetiche). Metalli pesanti (Si trovano prevalentemente nel particolato, nell'atmosfera le sorgenti predominanti di origine antropica di metalli pesanti sono la combustione e i processi industriali. Una caratteristica che li rende pericolosi è la tendenza ad accumularsi in alcuni tessuti degli esseri viventi). Idrocarburi policiclici aromatici (IPA) (composti organici tutti caratterizzati strutturalmente dalla presenza di due o più anelli aromatici condensati fra loro, gli IPA si formano in tutti i processi che vedono una combustione incompleta dei materiali a base di carbonio come il carbone, il petrolio, il legno e il gas).
Altri inquinanti Asbesto (le fibre minerali rilasciate da questi materiali risultano potenzialmente inalabili e, una volta nei polmoni, possono provocare dei danni estremamente gravi come l asbestosi, il mesotelioma ed il tumore dei polmoni). Radon (gas radioattivo naturale estremamente pericoloso: rappresenta la seconda causa di morte per tumore ai polmoni dopo il fumo di sigaretta gas nobile, è inodore, incolore, insapore e reagisce difficilmente con gli altri composti chimici ben 8 volte più pesante dell aria, è un gas che si origina in seguito al decadimento radioattivo di elementi come l uranio e il torio. Può provocare danni a livello di DNA).
Effetti sull uomo Esposizione acuta: riduzione della funzionalità polmonare, l aumento delle malattie respiratorie nei bambini, attacchi acuti di bronchite e l aggravamento dell asma; il tutto comporta un forte incremento nel numero dei decessi fra le persone più sensibili. Principio dose - effetto Esposizione cronica: si presume provochi a breve termine disagio, irritazione, tossicità specifica, affezioni respiratorie acute e, in rari casi, mortalità; a lungo termine comparsa di malattie polmonari croniche aspecifiche (come la bronchite cronica, l asma e l enfisema), formazione di varie neoplasie maligne (cancro polmonare, leucemie), aumento della mortalità per malattie cardiovascolari e respiratorie.
SO x : Il biossido di zolfo, gas molto irritante per la gola, gli occhi e le vie respiratorie, è fattore predisponente all acuirsi di malattie croniche nei soggetti più esposti quali anziani, in particolare asmatici, e bambini. In ragione della sua alta idrosolubilità, l 85% della SO 2 viene trattenuta dal rinofaringe e solo in minime percentuali raggiunge zone più profonde quali bronchioli ed alveoli. 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. NO x : Esposizione a livelli anche relativamente bassi di biossido di azoto può provocare una aumentata reattività bronchiale in taluni asmatici, una diminuita funzionalità polmonare in soggetti affetti da patologia polmonare ostruttiva cronica, drastica diminuzione delle difese polmonari con conseguente aumento di rischio di affezioni alle vie respiratorie, specialmente nei soggetti molto giovani.
CO: un inquinante molto insidioso, soprattutto nei luoghi chiusi dove si può accumulare in concentrazioni letali una volta respirato, il CO si lega all emoglobina con una affinità che è 220 volte superiore a quella dell ossigeno e formando un composto inattivo fisiologicamente che viene chiamato carbossiemoglobina la quale impedisce l ossigenazione dei tessuti e la morte sopravviene pertanto per asfissia. Cefalea e vertigini sono generalmente riconosciuti come i primi sintomi di avvelenamento da tale composto chimico: ulteriori e successivi effetti fisiopatologici sono le alterazioni psicomotorie con diminuzione della vigilanza, dell acuità visiva, della capacità di apprendimento e dell esecuzione di test manuali. Una concentrazione di CO nell aria pari a 2000-4000 ppm (0,2%-0,4%) provoca la morte in circa 15 minuti. Per quel che riguarda esposizioni croniche invece, la lenta intossicazione da ossido di carbonio prende il nome di ossicarbonismo e si manifesta con sintomi nervosi e respiratori. Nel sangue è presente una percentuale di carbossiemoglobina che dipende dalla concentrazione di CO alla quale una persona è esposta: per ogni ppm di CO presente in aria, lo 0,16% di emoglobina viene trasformato in carbossiemoglobina. Nei fumatori la percentuale di carbossiemoglobina presente nel sangue può variare dal 6% in fumatori moderati, sino al 10% in accaniti fumatori.
PM10: a prescindere dalla tossicità, le particelle che possono produrre degli effetti indesiderati sono sostanzialmente quelle di dimensioni più ridotte L esposizione a lungo termine, come quella subita da chi vive da molti anni in aree ad alta concentrazione di polveri, è stata associata ad effetti quali la riduzione delle funzioni respiratorie, lo sviluppo di bronchiti croniche ed anche la morte prematura. L esposizione a breve termine (da alcune ore ad alcuni giorni) può aggravare disturbi polmonari preesistenti, causare attacchi di asma e acutizzare bronchiti ed inoltre si riscontra un aumento della predisposizione alle infezioni respiratorie. Nei soggetti cardiopatici, l esposizione a breve termine alle polveri sottili può determinare aritmia o infarto. Il particolato che si deposita nel tratto superiore dell apparato respiratorio (cavità nasali, faringe e laringe) può generare vari effetti irritativi come l infiammazione e la secchezza del naso e della gola; tutti questi fenomeni sono molto più gravi se le particelle hanno assorbito sostanze acide (come il biossido di zolfo, gli ossidi di azoto, ecc.)
O 3 : la molecola dell ozono è estremamente reattiva, in grado di ossidare numerosi componenti cellulari, fra i quali amminoacidi, proteine e lipidi L'esposizione a elevati livelli di ozono può provocare irritazione agli occhi, gola e polmoni (bruciore agli occhi, tosse e senso di oppressione al torace). Numerosi casi di gravi intossicazioni da ozono sono state riferite per i lavoratori addetti alle saldature, in quanto vi è un maggior irraggiamento di radiazioni UV nell ambiente e, di conseguenza, una formazione di ozono in loco. Altri inquinanti (benzene, radon, IPA, asbesto): cancerogeni riconosciuti.