Inquinamento atmosferico

Materie:Tesina
Categoria:Biologia

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Testo


L'INQUINAMENTO ATMOSFERICO

Secondo il D.P.R. 24 MAGGIO 1988, n. 203, si ha inquinamento atmosferico ad ogni modificazione della normale composizione o stato fisico dell’aria atmosferica, dovuta alla presenza nella stessa di una o più sostanze in quantità e con caratteristiche tali da:
alterare le normali condizioni ambientali e di salubrità dell’aria
costituire pericolo ovvero pregiudizio diretto o indiretto per la salute dell’uomo
compromettere le attività ricreative e gli altri usi legittimi dell’ambiente
alterare le risorse biologiche e gli ecosistemi ed i beni materiali pubblici e privati
Le sostanze inquinanti emesse nell'atmosfera sono numerosissime (si calcola che siano diverse decine di migliaia) e ogni anno ne vengono sintetizzate di nuove dalle attività umane.
.
I principali inquinanti atmosferici sono:

1) monossido di carbonio (CO)
2) ossidi di azoto (NOx)
3) ossidi di zolfo (SOx)
4) idrocarburi (CxHy)
5) particelle sospese (PTS).
6) ozono (O3)
Per tali sostanze, con l'eccezione degli idrocarburi, esistono norme che ne fissano i limiti di accettabilità e stabiliscono gli standard di "qualità dell'aria" per i valori di concentrazione sull'arco di un intero anno di riferimento. Tali limiti sono di carattere sanitario: al di sopra di essi vengono a mancare le condizioni di tutela della saluta pubblica, con la conseguente possibilità di insorgenza di patologie di varia natura. Per il controllo di questi parametri, a partire dagli anni '70 sono state allestite delle reti di monitoraggio basate su centraline automatiche di rilevamento, fìsse (principalmente) e mobili.
Per gli altri contaminanti, invece, non sono stati fissati veri e propri limiti di tollerabilità e pertanto non esistono, salvo poche eccezioni (alcuni idrocarburi), limitate alle principali città, centraline predisposte per il loro controllo.
Per quanto riguarda le fonti di emissione, quelle di tipo antropico sono riconducibili a cinque settori di attività principali:
Trasporti
Centrali termoelettriche
Industria
Domestico e terziario
Agricoltura e pesca
Si può distinguere tra fonti di emissione diffuse (trasporti, domestico e terziario, agricoltura e pesca), con scarico ad altezza più o meno bassa, e fonti di emissione concentrate (industrie e centrali termoelettriche) con scarico ad altezza elevata. Le fonti diffuse hanno un ruolo preponderante nelle emissioni di monossido di carbonio e degli idrocarburi, e prevalente in quelle degli ossidi di azoto e delle particelle sospese, mentre le industrie e le centrali termoelettriche sono le principali responsabili delle emissioni di anidride solforosa.
Una volta emesse nell'atmosfera, le sostanze tossiche vengono trasportate dalle correnti d'aria a quote diverse per tempi e distanze più o meno lunghi. Una parte rilevante viene depositata, tale quale, entro una distanza compresa tra poche decine di metri e alcuni chilometri. Il resto del carico cade a distanze maggiori, fino a 1000 km o più, dopo aver subito diverse trasformazioni chimiche (principalmente processi di ossidazione e di fotolisi).
La ricaduta al suolo può avvenire in due modi:
1 ) ricaduta secca
Deposizioni di forme residue di specie gassose o, sotto forma di particelle, di alcuni sali;
2) ricaduta umida
Interessa gli acidi e la maggior parte dei sali e avviene principalmente mediante le precipitazioni piovose e nevose.
Rispetto alla loro origine, gli inquinanti vengono distinti in primari e secondari. Sono definiti primari quelli che manifestano la loro azione nociva nella forma e nello stato in cui sono liberati nell'atmosfera. Le sostanze che, invece, derivano dalla reazione tra inquinanti primari, eventualmente con la partecipazione di componenti naturali dell'atmosfera, sotto l'influenza di catalizzatori chimici o fisici, sono inquinanti secondari.
I metalli pesanti
I metalli pesanti sono contaminanti persistenti in tracce che, pur presenti in bassissime concentrazioni nell'ambiente, possono comportare una vasta gamma di effetti negativi sull'ambiente e sull'uomo, soprattutto a causa della loro spiccata tendenza ad accumularsi nei tessuti animali e vegetali. Nel nostro Paese vi è ancora una notevole carenza conoscitiva rispetto a questa particolare forma di contaminazione, spiegabile da un lato con la marcata variabilità spazio-temporale e quali-quantitativa del fenomeno, dall'altro con l'oggettiva difficoltà di misurare direttamente e con la necessaria accuratezza i tenori dei metalli pesanti presenti nell'aria (non sono, ad esempio, misurabili con le comuni centraline chimiche di rilevamento).
Tra i metalli pesanti non considerati biologicamente essenziali e la cui presenza nella biosfera costituisce grave rischio potenziale si segnalano:

Cadmio (Cd)
Piombo (Pb)
Mercurio (Hg)
Cadmio
Il cadmio è un elemento vastamente distribuito nella crosta terrestre dove, tuttavia, è generalmente presente a basse concentrazioni (0,15-0,5 ppm). Nei suoli non contaminati i valori di concentrazione tipici sono dell'ordine di 0,1-0,5 ppm. L'immissione di cadmio nella biosfera deriva da attività vulcanica, traspirazione della vegetazione, incendi boschivi, polvere trasportata dal vento e lisciviazione delle rocce. Negli ultimi decenni tuttavia, l'impiego in campo agricolo di fertilizzanti fosfatici e pesticidi, contenenti l'elemento come impurità, la combustione del carbone fossile e soprattutto l'uso industriale in campo automobilistico, nella produzione di pigmenti, leghe e batterie hanno dato luogo ad un notevole incremento di questo elemento nell'ambiente. Si calcola che l'apporto di origine antropica sia di circa 20 volte superiore rispetto a quello naturale.
Una delle caratteristiche fondamentali della tossicità del Cadmio è che quasi tutto il metallo assorbito nel corso dell'intera esistenza viene accumulato nell'organismo: infatti è stato calcolato che il periodo di dimezzamento biologico è superiore ai 50 anni.
Il cadmio provoca effetti dannosi di natura anche cancerogena su vari organi e tessuti come, ad esempio, i polmoni, i reni e le ossa. Per l'uomo, l'organo ritenuto critico, cioè quello che subisce per primo gli effetti nocivi a seguito di esposizioni a lungo termine, è il rene. Purtroppo non esiste attualmente un trattamento efficace per l'allontanamento di questo metallo dal corpo, come avviene per buona parte degli altri metalli pesanti.
Piombo
Le concentrazioni di piombo nella litosfera sono piuttosto ridotte (20 ppm) e anche nel suolo presentano generalmente valori non superiori a 25 ppm, lontano da sorgenti di contaminazione.
Il piombo è probabilmente il metallo tossico più diffuso nell'ambiente e la sua presenza in natura è in gran parte dovuta alle attività dell'uomo. Fonte principale è la combustione delle benzine da autotrazione dove il piombo è presente negli additivi antidetonanti, ma notevole è anche l'apporto dovuto alle fonderie e alla combustione del carbone. Altre fonti secondarie sono la produzione di cavi e accumulatori e di pigmenti.
Numerosi studi, dimostrano che la contaminazione da Piombo dovuta al traffico veicolare segue una duplice funzione esponenziale a partire dalla strada: un primo esponente è associato al particellato grossolano che si deposita entro 5 metri dal margine stradale ed un secondo esponente è associato a particelle più piccole, che si depositano entro un raggio di 150 metri.
La tossicità del piombo è dovuta all'affinità dimostrata nei confronti dei gruppi sulfìdrilici delle proteine. Diversi effetti biologici sull'uomo sono stati studiati in modo approfondito e ben documentato. Essi comprendono alterazioni della biosintesi dell'eme e della eritropoiesi, tossicità a livello del sistema nervoso centrale e periferico, effetti sui reni, alterazioni del metabolismo della vitamina D e di oligolelementi quali Fe, Ca e Zn.
Mercurio
E' uno degli elementi meno abbondanti nella crosta terrestre, dove presenta concentrazioni intorno a 0,05 ppm, ma è tra i più importanti sotto il profilo ambientale per la sua alta tossicità e per le modalità di circolazione in natura. La quasi totalità del mercurio presente nella biosfera è riconducibile ad apporti secondari dovuti alle attività umane. Viene utilizzato nelle industrie chimiche, industrie produttrici di doro e soda caustica (elettrolisi), industrie petrolchimiche, fonderie, acciaierie, nella fabbricazione di vernici e della carta. Altre importanti sorgenti secondarie sono gli insetticidi e i fungicidi agricoli, ma viene impiegato piuttosto frequentemente anche nelle cere per pavimenti, prodotti lucidanti per mobili, ammorbidenti di tessuti, filtri di condizionatori d’aria.
Negli ultimi trent'anni la sua produzione è aumentata di circa 20 volte.
La ecotossicologia di questo elemento è ben descritta in letteratura, in particolar modo in conseguenza degli episodi catastrofici avvenuti in Giappone (Minagata e Niigata) negli anni '50-'ó0, dove la popolazione locale si nutriva prevalentemente di pesce inquinato da metilmercurio. La tossicità dei composti organici del Mercurio è dovuta alla grande affinità dimostrata per i gruppi sulfìdrilici delle proteine cellulari: legandosi alle proteine di membrana oppure agli enzimi cellulari, il Mercurio determina alterazioni delle normali attività della cellula. Il principale organo bersaglio è il cervello, ed in particolare le aree associate con la funzione sensoriale uditiva e visiva e con le aree che interessano la coordinazione dei movimenti. Gli effetti più gravi si verificano a carico del sistema nervoso centrale durante lo sviluppo fetale. Autori giapponesi hanno osservato che l'esposizione prenatale al metilmercurio produce microcefalea, con alterazioni irreversibili delle cellule nervose della corteccia cerebrale. La pericolosità del mercurio risiede anche nella sua tendenza ad accumularsi nelle catene alimentari, in particolare negli ecosistemi acquatici dove può raggiungere concentrazioni notevolissime nel muscolo dei pesci predatori.
L'INQUINAMENTO ATMOSFERICO NEI CENTRI URBANI
I maggiori responsabili dell'inquinamento atmosferico che colpisce le città sono senza dubbio il traffico veicolare e il riscaldamento domestico. Soprattutto gli autoveicoli, a causa dell'altezza delle loro emissioni, della prevalenza di strade strette e dell'alta densità del traffico, giocano un ruolo centrale nello stato di insalubrità dell'aria delle grandi città. Non sono pochi comunque i centri urbani in cui sono rilevanti o predominanti le emissioni legate alle attività industriali o energetiche.
In condizioni normali, gli inquinanti si disperdono molto lentamente, permanendo per molto tempo nell'area di emissione. Inoltre, soprattutto nel periodo invernale, si verificano spesso fenomeni di inversione termica che, favorendo la stratificazione dell'aria fredda al suolo, ostacolano ulteriormente la diluizione dei gas tossici.
L'inquinamento atmosferico nei centri urbani è caratterizzato da fluttuazioni sia stagionali che giornaliere. L'SO2, ad esempio, legato principalmente al riscaldamento degli edifici, presenta un picco di massimo nel periodo invernale, mentre l'ozono, connesso allo smog fotochimico, raggiunge le sue massime concentrazioni nella stagione estiva e nelle ore centrali della giornata. NOx e CO non presentano una spiccata stagionalità, ma hanno una notevole variazione giornaliera, essendo tipicamente dipendenti dal traffico veicolare.
E' da rilevare che negli ultimi decenni la composizione dell'atmosfera nelle aree urbane è andata sensibilmente mutando in relazione ai suoi tradizionali inquinanti. Sono progressivamente diminuite le concentrazioni di SO2 , grazie ai cambiamenti intervenuti nel tipo e nella qualità dei combustibili utilizzati e all'introduzione di normative più restrittive sugli standard di emissione. In particolare, nel riscaldamento civile, il carbone e le nafte, che ancora negli anni 60 costituivano oltre l'80% dei combustibili, sono stati quasi completamente sostituiti da olii combustibili a basso tenore di zolfo e, negli ultimi anni, da metano. D'altra parte sono in aumento gli ossidi di azoto, che vengono generati da tutti i tipi di combustione, indipendentemente dal combustibile utilizzato e in funzione della temperatura di combustione. Paradossalmente, una delle cause di questo fenomeno va ricercata, oltre che nell'aumento del traffico veicolare, proprio nella progressiva metanizzazione degli impianti di riscaldamento domestico. Il metano, infatti, se per molti aspetti è certamente il più "pulito" dei combustibili, è anche quello che produce la massima quantità di ossidi di azoto, essendo caratterizzato da un'elevata temperatura di combustione. L'incremento degli ossidi di azoto è a sua volta responsabile dell'aumento delle concentrazioni in atmosfera dell'ozono che ormai in molte città, specie nel periodo estivo, superano frequentemente le soglie di tolleranza. Molto variabili sono, invece, le concentrazioni del PTS, specie del PM10, legate alle condizioni meteorologiche.
MONOSSIDO DI CARBONIO (CO)
ORIGINE
II monossido di carbonio viene prodotto nel corso di numerosi processi geofìsici e biologici come attività vulcaniche, emissioni di gas, scariche elettriche nel corso di temporali, germinazione di semi e sviluppo di piante .Si ritiene tuttavia che la parte di CO dovuta a questi processi sia relativamente piccola soprattutto nelle zone urbane. L'apporto di CO nell'atmosfera come risultato delle attività umane, invece, è tutt'altro che trascurabile ed è connessa a vari processi di combustione. Una delle principali sorgenti sono i motori a scoppio, ma può essere liberato anche da alcune industrie, come le centrali termoelettriche e le acciaierie.
Processi di formazione
a) Combustione incompleta (carenza di ossigeno) di carbonio e di componenti contenenti carbonio che può essere schematizzata come segue:
1) 2C + 02->2CO
2) 2CO + 02 -> 2C02
La 1 è 10 volte più rapida della 2 ;
b) Reazione ad elevata temperatura tra C02 e materiali contenenti carbonio (altoforno) ;
e) Dissociazione ad elevata temperatura di C02 in CO e O.

EFFETTI
Gli effetti indotti dal CO sulla vegetazione sono trascurabili, mentre gli effetti sull'uomo e su gran parte degli altri animali appaiono particolarmente gravi. Questa molecola è infatti assorbita a livello polmonare dove si combina irreversibilmente con l'emoglobina del sangue per la quale presenta una affinità 240 volte superiore a quella dell'ossigeno; un suo incremento è quindi molto dannoso in quanto inibisce la capacità di trasporto dell'ossigeno ai tessuti con conseguente danneggiamento degli stessi.
OSSIDI DI AZOTO
ORIGINE
I principali NOx presenti nell'atmosfera sono il monossido di azoto (NO) e il biossido di azoto (N02). La maggior parte degli NOx introdotta nell'atmosfera è sotto forma di NO. Si stima che la quantità prodotta dalle attività umane sia circa 1/10 di quella naturale. Il problema dell'inquinamento da NOx generato dalle attività umane è prevalentemente legato alla distribuzione: le sorgenti naturali distribuiscono uniformemente NOx nell'atmosfera, mentre le sorgenti alimentate dall'uomo provocano alte concentrazioni in aree ristrette. Ad esempio, la concentrazione di NOx sulle città è 10-100 volte maggiore che al di fuori di esse. In natura gli NOx vengono emessi principalmente dall'attività batterica. L'uomo produce NOx in diversi processi di combustione delle industrie, del riscaldamento domestico e, soprattutto, degli autoveicoli, la cui entità varia secondo le caratteristiche dei propulsori e delle modalità di utilizzo.
EFFETTI
Gli effetti tossici riguardano soprattutto l'apparato respiratorio; si possono infatti riscontrare in caso di concentrazioni anomale in atmosfera, alterazioni delle funzioni respiratorie, bronchiti, tracheiti, forme di allergia e irritazione. Contribuiscono inoltre alla formazione delle piogge acide e dello smog fotochimico e, favorendo l'accumulo di nitrati al suolo, possono provocare alterazioni degli equilibri ambientali nelle acque naturali.

- OSSIDI DI ZOLFO (SOx)
ORIGINE
I principali SOx presenti nell'atmosfera sono anidride solforosa (SO2) e anidride solforica (SO3,). Nell'atmosfera è presente poca SO; in quanto tende a combinarsi con il vapore acqueo con conseguente produzione di acido solforico (H2S04). La natura produce circa i 2/5 della quantità complessiva di ossidi di zolfo, principalmente tramite processi biochimici ed attività vulcaniche, ma la distribuzione appare abbastanza uniforme, mentre le sorgenti legate all'azione dell'uomo risultano concentrate in aree urbane relativamente ristrette, principalmente riconducibili agli impianti di combustione fissi, ove si impiegano carbone ed oli combustibili. In misura più limitata contribuiscono gli impianti di gasolio anche per le limitazioni imposte dalla legge alle concentrazioni di zolfo in tale combustibile. Il traffico contribuisce solo in piccola parte.
EFFETTI
Gli SOx sono coinvolti con gli NOx nella formazione delle piogge acide. Sono inoltre gas con un alto grado di tossicità per gli organismi viventi e responsabili di casi di tumori nell'uomo. L'uomo libera grandi quantità di SOx principalmente da diversi processi di combustione industriale.

IDROCARBURI (CxHy)
ORIGINE
Si tratta di composti che contengono solo gli elementi idrogeno (H) e carbonio (C). Quelli connessi all'inquinamento sono una sessantina ed hanno un numero di atomi di carbonio minore o uguale a 12 (caratteristica che gli consente di trovarsi allo stato gassoso alla temperatura ambiente). La quantità maggiore di idrocarburi viene prodotta dalla decomposizione di materia organica sulla superfìcie terrestre (fermentazione batterica), ma le alte concentrazioni riscontrabili nelle aree urbane sono dovute prevalentemente al traffico veicolare.
EFFETTI
Per quanto riguarda i danni diretti, un'azione nociva sulla salute dell'uomo e di altri animali, è stata evidenziata per diversi idrocarburi aromatici. Lo xilene, ad esempio, può avere effetti neurotossici, mentre il benzene, anche a basse concentrazioni, è considerato cancerogeno dalle maggiori Agenzie internazionali; esposizioni persistenti possono provocare anemie, effetti patologici nel sangue, aberrazioni cromosomiche e diversi tipi di tumore.
Una parte considerevole degli effetti nocivi dell'inquinamento da idrocarburi non è provocata direttamente dagli idrocarburi stessi, ma dai prodotti delle reazioni fotochimiche in cui sono coinvolti.
Tali prodotti, definiti nel loro complesso "ossidanti fotochimici" , comprendono composti come l'ozono (03) e i perossiacetilnitrati (PAN) e sono il risultato dell'interferenza degli idrocarburi nel ciclo fotolitico del NO. Tale ciclo viene modificato in presenza di idrocarburi, a causa della loro capacità di reagire con gli atomi di ossigeno (O) per formare un composto intermedio molto reattivo, detto radicale idrocarburico libero ( RO2).
I radicali liberi reagiscono rapidamente con NO per produrre N02. Ne segue che, una volta sottratto l'NO dal ciclo, il normale processo di rimozione di O, non si svolge più e la concentrazione di tale sostanza negli strati più bassi dell'atmosfera aumenta.
I radicali liberi, inoltre, possono reagire anche con NO2 e O; per dare perossiacetilnitrati (FAN) e con O2 e altri idrocarburi per formare ulteriori composti organici indesiderati. La miscela di prodotti risultante è chiamata "smog fotochimico"; esso, oltre ad avere effetti nocivi sulla vegetazione e sulla salute dell'uomo, è implicato nei processi di acidificazione e nell'incremento dell'effetto serra".
- PARTICOLATI (PTS E PM10)
ORIGINE
Si tratta di goccioline liquide e di particelle solide volatili con dimensioni comprese tra 0,0002 µ e 500 µ . Tali particelle rimangono allo stato di sospensione per periodi varianti da pochi secondi a molti mesi. La durata della sospensione dipende dalla velocità di sedimentazione, che a sua volta dipende dalle dimensioni, dalla densità delle particelle e dalla turbolenza dell'aria.
I particolati oltre a essere prodotti da processi naturali come le eruzioni vulcaniche, o l'azione del vento sul terreno, possono avere origine da lavorazioni industriali (cantieri edili, fonderie, cementifìci), lavorazioni agricole (aratura, semina), dall'usura dell'asfalto, dei pneumatici, dei freni (amianto) e delle frizioni nonché dagli scarichi degli degli autoveicoli.
EFFETTI
Le particelle sospese possono causare irritazioni e allergie alle mucose dell'uomo e di altri organismi animali, ma possono anche fungere da nuclei di condensazione per inquinanti atmosferici gassosi che vengono così concentrati nel particolato. Le particelle più grosse (> 10 µm) sono di norma le meno pericolose in quanto si fermano nel naso e nella gola.
Tra i residui della combustione, molto pericolose per la salute risultano le ceneri costituite da ossidi di metalli pesanti, quali cadmio, rame, piombo e vanadio. Molti metalli pesanti, infatti, oltre a poter penetrare direttamente negli organismi tramite la respirazione, possono essere assunti anche attraverso l'alimentazione, per la nota
Capacità di accumularsi nei tessuti di piante e animali. La presenza di particolati nell'aria può inoltre essere resposabile di fenomeni come la riduzione della visibilità e l'accelerazione della formazione di nubi, pioggia, neve (agendo come nuclei di condensazione).

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