L’inquinamento atmosferico rappresenta un serio problema per l’ambiente e per la tutela della salute umana. Questo fenomeno si verifica quando diverse sostanze inquinanti vengono immesse direttamente in atmosfera, provocando modificazioni pericolose della composizione dell’aria. Le sostanze inquinanti possono derivare da sorgenti naturali, come l’evaporazione o l’attività vulcanica, ma principalmente sono di origine antropica, derivanti da emissioni industriali, traffico veicolare e altre attività umane.
Cos’è l’inquinamento atmosferico
L’aria è una miscela di gas e vapori, composta principalmente da azoto, ossigeno, argon, anidride carbonica e altri elementi presenti in quantità minime, che forma l’atmosfera terrestre.
Le concentrazioni di questi gas sono relativamente stabili nel tempo e nello spazio; tuttavia, l’atmosfera è un sistema aperto e in continua evoluzione.
L’inquinamento atmosferico è definito, in base all’articolo 268 del DLgs. n. 152/2006, come qualsiasi alterazione della qualità dell’aria, derivante dall’introduzione di una o più sostanze in quantità e con caratteristiche tali da nuocere o rappresentare un pericolo per la salute umana, per la qualità ambientale, danneggiare beni materiali o compromettere gli usi legittimi dell’ambiente.
Cos’è il monitoraggio dell’inquinamento atmosferico
Controllare la qualità dell’aria comporta una valutazione costante delle concentrazioni degli inquinanti nell’atmosfera. A tal fine, la legislazione europea (direttiva 50/2008/CE e direttiva 107/2004/CE) e quella italiana (D.Lgs 155/10, che integra le direttive menzionate) definiscono le norme per effettuare tali misurazioni, che riguardano:
- inquinanti da monitorare e i metodi di misura appropriati
- posizionamento dei punti di misura, considerando gli inquinanti monitorati
- numero minimo di punti di misura, in base alla popolazione e al livello di inquinamento
- qualità dei dati raccolti
Elenco e descrizione degli inquinanti
Gli inquinanti sono elementi che alterano l’equilibrio atmosferico e possono avere origine sia naturale che artificiale. Tra gli inquinanti di origine naturale si trovano le sostanze emesse dalle piante, le eruzioni vulcaniche, gli aerosol marini, i pollini e le spore dei funghi.
Le attività umane che producono inquinanti comprendono le combustioni (come il traffico automobilistico e le centrali elettriche a carbone), i processi chimici e le lavorazioni meccaniche. Gli inquinanti possono essere classificati in base alla loro caratterizzazione chimico-fisica o alla loro origine. In base a queste caratteristiche, si possono distinguere inquinanti primari e secondari.
La distribuzione degli inquinanti nell’atmosfera avviene attraverso processi di diffusione, anche turbolenti, o attraverso il trasporto delle masse d’aria.
Inquinanti primari
- Composti dell’azoto (Nox, NH3)
- Composti del carbonio
- Idrocarburi aromatici (CO)
- Composti degli alogeni (HCl, HF)
- Idrocarburri alogenati
- Particolati
Inquinanti secondari
- Ozono
Monossido di Carbonio (CO)
Il monossido di carbonio (CO) è un gas incolore, inodore, infiammabile e altamente tossico, con una densità simile a quella dell’aria.
Origine:
Il monossido di carbonio si origina dalla combustione incompleta dei composti del carbonio, che avviene in condizioni di carenza di ossigeno. Resta nell’aria per un intervallo di 3-4 mesi e viene eliminato mediante processi di ossidazione, convertendosi in anidride carbonica (CO2), oppure attraverso reazioni fotochimiche. Si possono trovare alte concentrazioni di CO in ambienti chiusi, come garage, tunnel con scarsa ventilazione o lungo le strade durante i periodi di traffico intenso.
Sorgenti naturali:
- Incendi
- Eruzioni vulcaniche
- Ossidazione del metano
Sorgenti antropiche:
- Traffico veicolare
- Impianti siderurgici
- Raffinerie di petrolio
Tecnica di misura:
La misura del monossido di carbonio si basa sull’assorbimento delle molecole di CO di radiazioni infrarosse alla lunghezza d’onda di 4,6 μm. L’analizzatore è equipaggiato con un sistema interno che permette di ottenere una risposta lineare e proporzionale alla quantità di monossido di carbonio presente nel campione esaminato.
C6H6 – Benzene
Il benzene (C6H6) è un idrocarburo aromatico liquido a temperatura ambiente, caratterizzato da un’evaporazione rapida, ed è altamente infiammabile e cancerogeno.
Utilizzo:
Il benzene è ampiamente impiegato nell’industria per la produzione di resine e fibre sintetiche. Inoltre, viene utilizzato come antidetonante nelle benzine.
Sorgenti naturali:
- Incendi forestali
Sorgenti antropiche:
- Combustione incompleta di carbone e petrolio
- Gas di scarico dei veicoli a motore
- Emissioni industriali
L’inquinamento atmosferico causato dal benzene nelle aree urbane è quasi interamente dovuto al traffico di automobili a benzina, poiché, grazie alle sue caratteristiche antidetonanti, viene utilizzato nelle benzine insieme ad altri composti aromatici come alternativa al piombo tetraetile.
Biossido di Zolfo (SO2)
Il biossido di zolfo (SO2) è un gas incolore, irritante, non infiammabile, solubile in acqua e caratterizzato da un odore pungente. Questo gas si forma naturalmente attraverso l’ossidazione dello zolfo, è più pesante dell’aria e tende a accumularsi nelle aree più basse. Nell’atmosfera, il SO2 rimane per un periodo di 1-4 giorni, subendo trasformazioni che includono l’ossidazione in acido solforico, il quale può ricadere al suolo sotto forma di nebbie o piogge acide.
Sorgenti naturali:
- Attività vulcanica
Sorgenti antropiche:
- Processi di combustione che impiegano combustibili fossili (gasolio, olio combustibile, carbone), dove lo zolfo è presente come impurità
- Processi metallurgici
- Una piccola percentuale di biossido di zolfo nell’aria (6-7%) proviene dal traffico veicolare, in particolare dai veicoli diesel, a causa dell’ossidazione dello zolfo presente in essi
Effetti sull’ambiente:
Il biossido di zolfo provoca l’acidificazione delle precipitazioni, che può rallentare la crescita delle piante. Inoltre, la concentrazione di biossido di zolfo mostra un’evidente variazione stagionale, con valori massimi durante l’inverno, dovuti al contributo degli impianti di riscaldamento domestico.
Tecnica di misura:
La misurazione del biossido di zolfo si basa sul metodo della fluorescenza. L’aria da analizzare viene introdotta in una camera specifica, dove vengono inviate radiazioni UV a lunghezze d’onda comprese tra 230 e 190 nm. Queste radiazioni eccitano le molecole di SO2 presenti, le quali, stabilizzandosi, emettono radiazioni nello spettro visibile. L’intensità luminosa misurata è correlata alla concentrazione di SO2 nell’aria, consentendo così una valutazione precisa dei livelli di questo inquinante.
Ossidi di Azoto (NO)
Gli ossidi di azoto sono una miscela di gas, i principali componenti dei quali sono il biossido di azoto (NO2) e il monossido di azoto (NO). Questi gas sono tossici, di colore giallo-rosso e presentano un forte e pungente odore. Il NO è un potente ossidante, molto reattivo e altamente corrosivo. Inoltre, è parzialmente solubile in acqua.
Il biossido di azoto (NO2) gioca un ruolo cruciale nella formazione dello smog fotochimico, fungendo da intermedio essenziale per la produzione di vari inquinanti secondari, tra cui l’ozono (O3) e l’acido nitrico.
Sorgenti naturali:
- Decomposizioni organiche anaerobiche
- Incendi
- Emissioni vulcaniche
Sorgenti antropiche:
- Traffico veicolare
- Combustioni ad alta temperatura
- Impianti termici
- Centrali termoelettriche
Effetti sull’ambiente:
Gli ossidi di azoto provocano la senescenza e la caduta delle foglie più giovani, con l’acidificazione come principale meccanismo di aggressione.
Il monossido di azoto (NO) non è soggetto a normativa, poiché alle concentrazioni normalmente riscontrate nell’aria ambiente non causa effetti nocivi sulla salute e sull’ambiente. Tuttavia, se ne monitorano i livelli, poiché la sua ossidazione in NO2 e il suo coinvolgimento in altri processi fotochimici contribuiscono alla formazione di ozono troposferico.
Tecnica di misura:
La misurazione degli ossidi di azoto si basa sulla reazione in fase gassosa tra il monossido di azoto e l’ozono, che genera una luminescenza caratteristica. L’intensità di questa luminescenza è linearmente proporzionale alla concentrazione di NO. L’analizzatore a chemiluminescenza impiega una sola camera di reazione e un unico fotomoltiplicatore, permettendo misurazioni ripetute di NO e NOx.
Gli ossidi di azoto vengono rilasciati direttamente nell’atmosfera a seguito di tutti i processi di combustione ad alta temperatura, come impianti di riscaldamento, motori dei veicoli, combustioni industriali e centrali elettriche. La loro emissione avviene attraverso l’ossidazione dell’azoto atmosferico e, solo in minima parte, mediante l’ossidazione dei composti azotati presenti nei combustibili utilizzati.
Nel traffico autoveicolare, le quantità più elevate di questi inquinanti si registrano quando i veicoli sono a regime di marcia sostenuta e in fase di accelerazione, poiché la produzione di NOx aumenta con il rapporto aria/combustibile, ossia quando c’è una maggiore disponibilità di ossigeno per la combustione. Al momento dell’emissione, la maggior parte degli ossidi di azoto è in forma di NO, con un rapporto NO/NO2 decisamente a favore del primo (il contenuto di NO2 nelle emissioni è compreso tra il 5 e il 10% del totale degli ossidi di azoto). Successivamente, il NO viene ossidato in atmosfera dall’ossigeno e più rapidamente dall’ozono, generando biossido di azoto.
Metalli pesanti
I metalli pesanti rappresentano agenti inquinanti che, pur essendo presenti in concentrazioni molto ridotte, possono causare numerosi effetti dannosi sia per l’ambiente che per la salute umana.
Sorgenti naturali:
- Erosione dei suoli
- Eruzioni vulcaniche
Sorgenti antropiche:
I metalli presenti nel particolato atmosferico provengono da diverse fonti industriali, tra cui:
- Attività minerarie
- Fonderie
- Raffinerie
- Inceneritori di rifiuti
- Utilizzo di combustibili fossili
L’emissione di piombo, che proviene in gran parte dai veicoli a motore, è stata notevolmente diminuita grazie all’uso di carburanti ecologici. I metalli possono risultare nocivi (come nel caso di nichel, cadmio e piombo) e frequentemente cancerogeni (come nel caso del nichel e del cadmio).
Effetti sull’ambiente:
Gli effetti negativi sono particolarmente legati alla tendenza dei metalli ad accumularsi nei tessuti animali e vegetali.
Valori ammessi secondo il D.Lgs. 155/2010 all. XIII:
- Piombo (Pb): valore limite annuale 0,5 µg/m³
- Arsenico (As): valore obiettivo annuale 6,0 ng/m³
- Cadmio (Cd): valore obiettivo annuale 5,0 ng/m³
- Nichel (Ni): valore obiettivo 20,0 ng/m³
Particolato atmosferico (PM)
Le particelle presenti nell’aria sono composte da materiali di diverse origini e si presentano in varie dimensioni. Possono essere rilasciate nell’ambiente (frazione primaria) o generarsi nell’atmosfera tramite reazioni chimiche o condensazioni di diversi composti (frazione secondaria).
La concentrazione in aria di queste particelle è limitata dalla naturale tendenza alla deposizione per effetto della gravità e dall’azione delle nubi e delle piogge. Inoltre, la loro permanenza è legata alla dimensione delle particelle.
Sorgenti naturali:
- Eruzioni vulcaniche
- Incendi boschivi
- Erosione delle rocce
- Dispersione di pollini
- Spray marino
Sorgenti antropiche:
- Utilizzo di combustibili fossili
- Emissioni degli autoveicoli
- Usura di pneumatici, freni e manto stradale
- Fonderie
- Miniere
- Cementifici
Effetti sull’ambiente:
Il particolato causa una riduzione della visibilità nell’atmosfera e diminuisce la luminosità a causa dell’assorbimento o della riflessione della luce solare. Inoltre, facilita la creazione di nebbie, poiché funge da nuclei di condensazione attorno ai quali si aggregano le gocce d’acqua.
Valori ammessi secondo il D.Lgs. 155/2010 all. XIII:
- PM10: materiale particellare con diametro aerodinamico inferiore a 10 µm
- PM2,5: materiale particellare con diametro aerodinamico inferiore a 2,5 µm
Ozono
L’ozono è un gas nocivo di colore blu, costituito da molecole instabili composte da tre atomi di ossigeno, che si rompono con facilità. Rappresenta un forte ossidante e, per gli organismi viventi, è un gas estremamente tossico.
L’ozono troposferico (O3) è un inquinante secondario che si forma nella fascia atmosferica a diretto contatto con la superficie terrestre. La sua formazione avviene a seguito di reazioni chimiche che coinvolgono precursori come gli ossidi di azoto e i composti organici volatili. Queste reazioni sono sostenute da un intenso irraggiamento solare e da temperature elevate, favorendo la creazione di inquinanti come lo smog fotochimico.
L’inquinamento da ozono è particolarmente significativo durante il periodo estivo, con concentrazioni massime che si registrano nelle ore pomeridiane e nelle aree suburbane sottovento rispetto ai principali centri urbani.
Nella stratosfera, che si estende da 10 a 40 chilometri sopra la superficie terrestre, l’ozono viene continuamente generato e distrutto dalle radiazioni ultraviolette (UV). Questo strato è essenziale per la vita sulla Terra poiché agisce come uno schermo contro le radiazioni UV dannose provenienti dal sole.
Sorgenti naturali:
Una piccola quantità dell’ozono presente naturalmente nella stratosfera viene trasportata nella troposfera a causa della circolazione atmosferica.
Sorgenti antropiche:
I precursori dell’ozono troposferico, come gli NOx e i composti organici volatili, sono emessi da varie fonti, tra cui:
- Traffico veicolare
- Processi di combustione
- Evaporazione dei carburanti
- Solventi
Effetti sull’ambiente:
I danni causati dall’ozono includono la riduzione della crescita delle piante e, a concentrazioni elevate, possono portare a necrosi delle foglie.
Tecnica di misura:
La misurazione dell’ozono si basa sull’assorbimento di radiazioni UV da parte delle molecole di ozono alla lunghezza d’onda di 254 nm. La variazione dell’intensità della luce è direttamente correlata alla concentrazione di ozono nel campione di gas, calcolata secondo la legge di Lambert-Beer.
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