inquinamento atmosferico

Inquinamento atmosferico

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Inquinamento atmosferico sulla pianura padana. Foto da satellite. Fonte: NASA.

Inquinamento atmosferico è un termine che indica tutti gli agenti fisici, chimici e biologici che modificano le caratteristiche naturali dell’atmosfera terrestre.

Definizione[modifica | modifica wikitesto]

Il primo passo nel definire l’inquinamento atmosferico consiste nel chiarire il confine tra sostanze inquinanti e non inquinanti. Nel 1973 Williamson[1] ha proposto una distinzione tra inquinante e contaminante: un contaminante è “ogni cosa che viene aggiunta all’ambiente che causa una deviazione dalla composizione geochimica media”; l’inquinante, invece, per essere considerato tale deve essere un contaminante responsabile di causare effetti nocivi all’ambiente, inteso in senso lato come unione sia della parte naturale che di quella antropica.

I fenomeni di inquinamento sono il risultato di una complessa competizione tra fattori che portano ad un accumulo degli inquinanti ed altri che invece determinano la loro rimozione e la loro diluizione nell’atmosfera. L’entità e le modalità di emissione (sorgenti puntiformi, diffuse, altezza di emissione ecc.), i tempi di persistenza degli inquinanti e il grado di mescolamento dell’aria sono alcuni dei principali fattori che producono variazioni spazio-temporali della composizione dell’aria.

Questo è uno dei problemi maggiormente sentiti dalle popolazioni dei grandi agglomerati urbani, di cui ci si è iniziati a preoccupare solamente dagli anni settanta. Da quell’epoca, infatti, in alcuni paesi sono state via via attuate delle politiche per la riduzione degli agenti chimici e di numerose altre sostanze contaminanti presenti nell’aria. Queste azioni per una maggior salvaguardia dell’ambiente hanno dato dei risultati per l’abbassamento delle concentrazioni di alcuni inquinanti come il biossido di zolfo, il piombo e il monossido di carbonio; per altri, ad esempio il biossido di azoto, l’ozono e il particolato atmosferico, agenti per i quali si è scoperto più recentemente la loro criticità per quanto riguarda la salute, non hanno portato i risultati sperati.

In genere l’inquinamento atmosferico è maggiormente diffuso nelle grandi città per effetto dell’urbanizzazionedovuto principalmente ai gas di scarico degli autoveicoli pubblici e privati e ai riscaldamenti domestici e degli edifici pubblici. Altrimenti zone a forte inquinamento atmosferico si concentrano attorno a grandi nuclei industriali (ad. aziende metalmeccaniche, siderurgiche, farmaceutiche, chimiche, discariche). Pur tuttavia, a causa della circolazione atmosferica e della diffusione chimica degli inquinanti il fenomeno dell’inquinamento atmosferico tende sempre più a interessare anche zone del pianeta una volta incontaminate o quasi.

Definizione di inquinante atmosferico[modifica | modifica wikitesto]

Scarichi di impianti di produzione energetica da fonti fossili, un potenziale fattore inquinante.

L’inquinante atmosferico è un fattore o sostanza che determina l’alterazione di una situazione stazionaria attraverso:

  • la modifica dei parametri fisici e/o chimici;
  • la variazione di rapporti quantitativi di sostanze già presenti;
  • l’introduzione di composti estranei deleteri per la vita direttamente o indirettamente.

L’aria è una miscela eterogenea formata da gas e particelle di varia natura e dimensioni. La sua composizione si modifica nello spazio e nel tempo per cause naturali, cosicché risulta arduo definirne le caratteristiche di qualità.

L’impossibilità di individuare le proprietà di un ambiente incontaminato di riferimento induce a introdurre il concetto di inquinamento atmosferico stabilendo uno standard convenzionale per la qualità dell’aria. Si ritiene quindi inquinata l’aria la cui composizione ecceda limiti stabiliti per legge allo scopo di evitare effetti nocivi sull’uomo, sugli animali, sulla vegetazione, sui materiali o sugli ecosistemi in generale.

Distinzione tra primario e secondario[modifica | modifica wikitesto]

Il fatto che gli inquinanti reagiscano porta a distinguere tra inquinante:

  • primario: per inquinanti primari si intendono quegli inquinanti che vengono emessi direttamente in atmosfera tali e quali, cioè non subiscono altre modifiche una volta emessi, la loro immissione nell’ambiente deriva dal rilascio di sostanze o particelle prodotte dal comparto; il monossido di carbonio è un esempio di inquinante primario, perché è un sottoprodotto della combustione, ma lo sono anche le polveri che si sviluppano da eventi naturali.
  • secondario: per inquinanti secondari invece si intendono tutti gli inquinanti che si formano in atmosfera tramite delle reazioni chimiche tra varie sostanze presenti (queste sostanze possono essere inquinanti primari oppure no); la formazione di ozono nello smog è un esempio di inquinante secondario.

Esistono inoltre inquinanti, come il particolato fine, in cui, secondo molti studi, si equivalgono numericamente le componenti primarie e secondarie.

Principali cause di inquinamento[modifica | modifica wikitesto]

Spettacolare eruzione del Mount St. Helens, Stato di Washington (18 maggio 1980), che rilasciò nell’aria un’impressionante quantità di polveri.

Interstate 80, presso Berkeley

Le cause dell’inquinamento atmosferico possono essere distinte in naturali o antropiche.[2]

  • fonti naturali: vulcani (SO2), incendi (PM10), ghiaioni (amianto), processi biologici (allergeni).
  • fonti antropiche: traffico veicolare, riscaldamento domestico, industrie e attività artigianali, veicoli off road (treni, trattori, veicoli da cava ecc.), agricoltura e altre attività.
    • Traffico veicolare: (Vedi anche Inquinamento Automobilistico su Wikiversità) essenzialmente le emissioni provocate dal traffico dei veicoli dipendono dal tipo di combustibile, dal tipo di veicolo e dalla sua vetustà; tutti i motori termici producono acqua, se alimentati a combustibili fossili producono anidride carbonica (CO2), i veicoli alimentati a gasolio emettono principalmente particolato come PM10 e inferiori, idrocarburi (HC), ossidi di azoto (NOx ) e biossido di zolfo (SO2).
      Un veicolo a benzina emette particolato, NOx e CO, mentre i veicoli a metano e GPL emettono NOx, particolato ultrafine e scarsi idrocarburi.
      Negli ultimi anni si tenta di adottare una logica di diminuzione delle emissioni da parte dei veicoli anche con l’introduzione delle fasce euro 1,2,3 ecc. e ponendo obbligatoria la marmitta catalitica e il filtro anti particolato.
    • riscaldamento domestico: anche qui gli inquinanti emessi dipendono essenzialmente dal combustibile utilizzato, dalla tipologia di riscaldamento, dalla vetustà e dalla manutenzione dello stesso, gli inquinanti emessi sono all’incirca gli stessi dei veicoli con differenze prodotte da carbone e legna.
    • industria e artigianato: gli inquinanti emessi sono i più svariati, questo perché sono moltissime le lavorazioni in campo industriale che quindi determinano inquinanti molto diversi tra loro in base alla lavorazione eseguita, e possono variare da solventi, nebbie acide a metalli polveri e altro…, in campo industriale le emissioni sono fortemente regolamentate e per questo le industrie devono utilizzare dei sistemi di abbattimento degli inquinanti che variano in base agli inquinanti stessi, per esempio per le poveri vengono utilizzati dei cicloni, filtri a maniche, filtri a tasche ed elettrofiltri; mentre per le nebbie o più in generale per le sostanze chimiche vengono utilizzati filtri a carboni attivi o filtri a umido.

Principali inquinanti[modifica | modifica wikitesto]

Data la grande varietà di sostanze presenti in atmosfera, sono stati proposti numerosi metodi di classificazione: in primo luogo si può classificare in base alla composizione chimica, per cui si parla principalmente di composti che contengono zolfo, composti che contengono azoto, che contengono il carbonio e composti alogeni. In secondo luogo si può classificare in base allo stato fisico: gassoso, liquido o solido; infine si può suddividere in base al grado di reattività in atmosfera, in sostanze primarie o secondarie.

Gli inquinanti primari possono essere di tipo gassoso o particolato.

Tra i gas si segnalano (Zanetti, 1990):

  • composti dello zolfo: i principali composti che contengono zolfo in atmosfera sono: il biossido di zolfo (SO2), il solfuro di carbonile (COS), il solfuro di carbonio (CS2), il solfuro di idrogeno (H2S), il dimetilsolfato (CH3)2SO4. Le loro sorgenti principali sono la decomposizione biologica, la combustione dei combustibili fossili e di materia organica, lo spray marino e le eruzioni vulcaniche. Il biossido di zolfo, che costituisce il 95% del totale delle emissioni antropiche di zolfo, deriva da processi di combustione, in dipendenza dal contenuto di zolfo del combustibile usato. Esso è altamente solubile in acqua ed ha quindi un tempo di residenza in atmosfera relativamente breve (da 12 ore a 7 giorni) in quanto viene rimosso dalle precipitazioni; viene rimosso attraverso la sua ossidazione ad anidride solforica in presenza di catalizzatori quali particelle carboniose, composti azotati, ferro e manganese;
  • composti dell’azoto: i principali composti che contengono azoto sono: N2O, NO, NO2, NH3, HNO3, HONO, N2O5 ed i sali di NO3, NO2, NH4. Il più abbondante di questi in atmosfera è N2O che viene emesso principalmente per azione dei batteri nel suolo e secondariamente attraverso reazioni chimiche nella parte più alta dell’atmosfera. Non viene considerato inquinante in quanto chimicamente inerte alle temperature ordinarie. Sono invece considerati inquinanti il monossido e il biossido di azoto (NO e NO2). Il primo viene prodotto da sorgenti sia naturali che antropiche, ed in particolare in tutti i processi di combustione, Gli NOx(NO + NO2) infatti si formano per gran parte attraverso la fusione delle molecole di ossigeno e di azoto, costituenti l’atmosfera, fusione favorita dalle elevate temperature di combustione. La miscela di NOx emessa è costituita per lo più da NO, mentre buona parte dell’NO2 ha origine secondaria e si forma in atmosfera per ossidazione del monossido.
  • composti del carbonio: In questa categoria i principali composti inorganici sono il monossido di carbonio (CO) e il biossido o anidride carbonica (CO2). L’anidride carbonica prodotta dalle attività umane deriva dai processi di combustione, mentre fino ad un secolo fa le emissioni erano bilanciate dalla rimozione da parte della vegetazione mediante la fotosintesi clorofilliana, il brusco aumento delle emissioni (causato dall’ampio uso di combustibili fossili) ha portato all’aumento delle concentrazioni di fondo. L’interesse che si è sviluppato attorno a questo composto è dovuto alle modificazioni climatiche su scala planetaria di cui è responsabile. Il monossido di carbonio invece è considerato altamente tossico in quanto avendo affinità con l’emoglobina impedisce l’ossigenazione dei tessuti. La sua sorgente primaria sono i fumi di scarico delle auto e in parte minore le centrali termoelettriche e gli impianti di riscaldamento; ha un tempo di residenza in atmosfera di circa un mese e viene rimosso mediante reazioni fotochimiche in troposfera. Hanno un ruolo fondamentale nella chimica dell’atmosfera ed in particolare nella regolazione delle capacità ossidative dell’atmosfera stessa i composti organici e cioè i composti costituiti da carbonio, idrogeno e ossigeno. Fanno parte di questa categoria numerosissimi composti catalogati in grosse classi di cui le principali sono: gli idrocarburi (suddivisi a loro volta in alcani come il metano, alcheni come l’etene, gli alchini come l’acetilene), gli aromatici come il benzene, le aldeidi come la formaldeide, i chetoni come gli acetoni;
  • IPA : Idrocaburi policiclici aromatici, una larga gamma di sostanze prodotte dalla combustione di legna, nafta e gasolio, il più importante e unico normato è il Benzo(a) Pirene, considerato un forte cancerogeno.
  • composti alogenati (HCl, HF, HBr, CFC);
  • radicali: il ruolo fondamentale dei radicali è insito nella loro definizione. Si intende infatti per radicale libero un atomo o un gruppo di atomi contenente almeno un elettrone dispari (che occupa solo un orbitale) eccitato. I radicali quindi sono di norma molto reattivi in quanto tendono ad appaiare gli elettroni. I radicali di maggior interesse, in quanto reagiscono con gran parte dei composti organici ed inorganici, sono il radicale ossidrile (OH) e idroperossido (HO2) durante il giorno e il radicale nitrato (NO3) di notte. La principale sorgente di OH in aria è la fotolisi dell’ozono, processo che produce atomi di ossigeno elettronicamente eccitati i quali reagiscono con il vapore acqueo sempre presente in atmosfera. Altre sorgenti dirette di radicali OH sono le fotodissociazioni di acido nitroso (HONO) e di perossido di idrogeno (H2O2) e la reazione tra HO2 e il monossido di azoto;

Il particolato si classifica in ragione del diametro delle particelle; si considerano grossolane quelle con diametro maggiore di 2.5 µm e fini quelle con diametro inferiore a 2.5 µm. Si distinguono inoltre come inalabili le particelle con diametro minore di 10 µm (PM10).

I principali inquinanti secondari di tipo gassoso sono:

  • NO2 formato da NO primario;
  • O3 formato per via fotochimica.

Entrambi questi gas intervengono nei complessi meccanismi di reazione che costituiscono il cosiddetto “smogfotochimico”

Il particolato secondario può derivare da reazioni chimiche e chimico-fisiche che coinvolgono inquinanti gassosi sia primari che secondari. I più noti sono:

  • la trasformazione di SO2 in solfati SO4;
  • la trasformazione di NO2 in nitrati NO3;
  • la trasformazione di composti organici in particelle organiche.
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