I principali Inquinanti dell'Aria

L’aria che respiriamo può essere contaminata da sostanze inquinanti provenienti da industrie, veicoli, centrali elettriche e molte altre fonti. Questi inquinanti rappresentano un grosso problema per gli effetti dannosi che possono avere nei confronti della salute o dell’ambiente in cui viviamo. Il loro impatto dipende da vari fattori, come ad esempio la quantità di inquinante dell’aria al quale si è esposti, la durata dell’esposizione e la pericolosità dell'inquinante stesso. Gli effetti sulla salute possono essere di piccola entità e reversibili (come un’irritazione agli occhi) oppure debilitanti (come un aggravamento dell’asma) o anche fatali (come il cancro).

In questa parte del sito ho riportato varie informazioni inerenti i principali inquinanti dell’aria: il monossido di carbonio, gli ossidi di zolfo, gli ossidi di azoto, l’ozono, il particolato, il radon, il benzene, l'asbesto, gli idrocarburi policiclici aromatici (IPA) ed il cloruro di vinile.

Per ognuno degli inquinanti sono descritte le caratteristiche principali, le sorgenti, le modalità di diffusione, gli effetti sull'uomo e sull'ambiente (se particolarmente rilevanti) ed infine le relative leggi e linee guida.

OSSIDI di ZOLFO

Normalmente gli ossidi di zolfo presenti in atmosfera sono l’anidride solforosa (SO2) e l’anidride solforica (SO3); questi composti vengono anche indicati con il termine comune SOx.

L’anidride solforosa o biossido di zolfo è un gas incolore, irritante, non infiammabile, molto solubile in acqua e dall’odore pungente. Dato che è più pesante dell’aria tende a stratificarsi nelle zone più basse.
Rappresenta l’inquinante atmosferico per eccellenza essendo il più diffuso, uno dei più aggressivi e pericolosi e di gran lunga quello più studiato ed emesso in maggior quantità dalle sorgenti antropogeniche.

Deriva dalla ossidazione dello zolfo nel corso dei processi di combustione delle sostanze che contengono questo elemento sia come impurezza (come i combustibili fossili) che come costituente fondamentale.

Dall’ossidazione dell’anidride solforosa si origina l’anidride solforica o triossido di zolfo che reagendo con l’acqua, sia liquida che allo stato di vapore, origina rapidamente l’acido solforico, responsabile in gran parte del fenomeno delle piogge acide. Dato che la reazione di ossidazione che conduce alla formazione dell’anidride solforica è molto lenta, e data la reattività di questo composto con l’acqua, in genere la concentrazione del triossido di zolfo varia fra l’1 e il 5% della concentrazione del biossido di zolfo (che viene considerato l’inquinante di riferimento).

OSSIDI di AZOTO

Pur essendo presenti in atmosfera diverse specie di ossidi di ozoto, per quanto riguarda l’inquinamento dell’aria si fa quasi esclusivamente riferimento al termine NOx che sta ad indicare la somma pesata del monossido di azoto (NO) e del biossido di azoto (NO2).

L’ossido di azoto (NO) è un gas incolore, insapore ed inodore; è anche chiamato ossido nitrico. E’ prodotto soprattutto nel corso dei processi di combustione ad alta temperatura assieme al biossido di azoto (che costituisce meno del 5% degli NOx totali emessi). Viene poi ossidato in atmosfera dall’ossigeno e più rapidamente dall’ozono producendo biossido di azoto. La tossicità del monossido di azoto è limitata, al contrario di quella del biossido di azoto che risulta invece notevole.

Il biossido di azoto è un gas tossico di colore giallo-rosso, dall’odore forte e pungente e con grande potere irritante; è un energico ossidante, molto reattivo e quindi altamente corrosivo. Esiste nelle due forme N2O4 (forma dimera) e NO2 che si forma per dissociazione delle molecole dimere. Il colore rossastro dei fumi è dato dalla presenza della forma NO2 (che è quella prevalente). Il ben noto colore giallognolo delle foschie che ricoprono le città ad elevato traffico è dovuto per l’appunto al biossido di azoto. Rappresenta un inquinante secondario dato che deriva, per lo più, dall’ossidazione in atmosfera del monossido di azoto. Il biossido di azoto svolge un ruolo fondamentale nella formazione dello smog fotochimico in quanto costituisce l’intermedio di base per la produzione di tutta una serie di inquinanti secondari molto pericolosi come l’ozono, l’acido nitrico, l’acido nitroso, gli alchilnitrati, i perossiacetililnitrati, ecc. (per maggiori informazioni consiglio di fare riferimento alla parte del sito che tratta dello smog fotochimico).

Si stima che gli ossidi di azoto contribuiscano per il 30% alla formazione delle piogge acide (il restante è imputabile al biossido di zolfo e ad altri inquinanti). Da notare che gli NOx vengono per lo più emessi da sorgenti al suolo e sono solo parzialmente solubili in acqua, questo influenza notevolmente il trasporto e gli effetti a distanza.

MONOSSIDO di CARBONIO

L’ossido di carbonio (CO) o monossido di carbonio è un gas incolore, inodore, infiammabile, e molto tossico. Si forma durante le combustioni delle sostanze organiche, quando sono incomplete per difetto di aria (cioè per mancanza di ossigeno). Le emissioni naturali e quelle antropogeniche sono oramai dello stesso ordine di grandezza, e questo fa chiaramente comprendere quale sia il trend inquinante che si è instaurato nel corso dell’ultimo secolo. Il monossido di carbonio è estremamente diffuso soprattutto nelle aree urbane a causa dell’inquinamento prodotto dagli scarichi degli autoveicoli.
Gli effetti sull’ambiente sono da considerarsi trascurabili, mentre gli effetti sull’uomo sono particolarmente pericolosi. La sua pericolosità è dovuta alla formazione con l’emoglobina del sangue di un composto fisiologicamente inattivo, la carbossiemoglobina, che impedisce l’ossigenazione dei tessuti. A basse concentrazioni provoca emicranie, debolezza diffusa, giramenti di testa; a concentrazioni maggiori può provocare esiti letali.

PARTICOLATO  ATMOSFERICO

Spesso il particolato rappresenta l’inquinante a maggiore impatto ambientale nelle aree urbane, tanto da indurre le autorità competenti a disporre dei blocchi del traffico per ridurne il fenomeno.
Le particelle sospese sono sostanze allo stato solido o liquido che, a causa delle loro piccole dimensioni, restano sospese in atmosfera per tempi più o meno lunghi; le polveri totali sospese o PTS vengono anche indicate come PM (Particulate Matter).
Il particolato nell’aria può essere costituito 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, ecc.

In base alla natura e alle dimensioni delle particelle possiamo distinguere:
- gli aerosol, costituiti da particelle solide o liquide sospese in aria e con un diametro inferiore a 1 micron (1 µm);
- le foschie, date da goccioline con diametro inferiore a 2 micron;
- le esalazioni, costituite da particelle solide con diametro inferiore ad 1 micron e rilasciate solitamente da processi chimici e metallurgici;
- il fumo, dato da particelle solide di solito con diametro inferiore ai 2 µm e trasportate da miscele di gas;
- le polveri (vere e proprie), costituite da particelle solide con diametro fra 0,25 e 500 micron;
- le sabbie, date da particelle solide con diametro superiore ai 500 µm.

Le particelle primarie sono quelle che vengono emesse come tali dalle sorgenti naturali ed antropiche, mentre le secondarie si originano da una serie di reazioni chimiche e fisiche in atmosfera. Le particelle fini sono quelle che hanno un diametro inferiore a 2,5 µm, le altre sono dette grossolane. Da notare che il particolato grossolano è costituito esclusivamente da particelle primarie.
Le polveri PM10 rappresentano il particolato che ha un diametro inferiore a 10 micron, mentre le PM2,5, che costituiscono circa il 60% delle PM10, rappresentano il particolato che ha un diametro inferiore a 2,5 micron.
Vengono dette polveri inalabili quelle in grado di penetrare nel tratto superiore dell’apparato respiratorio (dal naso alla laringe).
Le polveri toraciche sono quelle in grado di raggiungere i polmoni.
Le polveri respirabili possono invece penetrare nel tratto inferiore dell’apparato respiratorio (dalla trachea fino agli alveoli polmonari).

OZONO TROPOSFERICO

L’ozono è un gas tossico di colore bluastro, costituito da molecole instabili formate da tre atomi di ossigeno (O3); queste molecole si scindono facilmente liberando ossigeno molecolare (O2) ed un atomo di ossigeno estremamente reattivo (O3 —> O2+O). Per queste sue caratteristiche l’ozono è quindi un energico ossidante in grado di demolire sia materiali organici che inorganici.

L’ozono è presente per più del 90% nella stratosfera (la fascia dell’atmosfera che va dai 10 ai 50 Km di altezza) dove viene prodotto dall’ossigeno molecolare per azione dei raggi ultravioletti solari.

In stratosfera costituisce una fascia protettiva nei confronti delle radiazioni UV generate dal sole. Per effetto della circolazione atmosferica viene in piccola parte trasportato anche negli strati più bassi dell’atmosfera (troposfera), nei quali si forma anche per effetto di scariche elettriche durante i temporali.
Nella troposfera in genere è presente a basse concentrazioni e rappresenta un inquinante secondario particolarmente insidioso. Viene prodotto nel corso di varie reazioni chimiche in presenza della luce del sole a partire dagli inquinanti primari, in modo particolare dal biossido di azoto (per maggiori informazioni vedi il cap. dedicato allo smog fotochimico).

Gli effetti sull’uomo di una eccessiva esposizione all’ozono riguardano essenzialmente l’apparato respiratorio e gli occhi; da segnalare anche l’azione nociva nei confronti della vegetazione e quella distruttiva nei confronti dei materiali.

RADON

Il radon (Rn) è un gas radioattivo naturale estremamente pericoloso: rappresenta la seconda causa di morte per tumore ai polmoni dopo il fumo di sigaretta. Si stima che causi il decesso di più di 50 mila persone in tutto il mondo ogni anno (più di mille solo in Italia). Per i suoi effetti è stato inserito dalla Commissione Internazionale per la Ricerca sul Cancro (IARC) nel Gruppo 1 degli agenti cancerogeni riconosciuti.

Chimicamente è un gas nobile, come l’elio o l’argon, 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 radio (presenti in quantità variabile in tutta la crosta terrestre). La sua concentrazione viene solitamente misurata in Becquerel su metro cubo (Bq/mc) dove un Becquerel rappresenta una disintegrazione al secondo. Spesso nei paesi anglosassoni viene utilizzata l’unità di misura picoCurie su litro (pC/l) dove 1 Curie=3,7·10¹⁰ Becquerel.

Il radon tipicamente si sprigiona dal suolo e si può diffondere nell’aria delle abitazioni liberandosi da aperture o microfratture delle fondamenta. L’edificio intrappola il gas radioattivo limitandone la dispersione in atmosfera e per questo motivo la sua concentrazione aumenta. Il radon è pericoloso per inalazione: tanto maggiore è la sua concentrazione nell’aria tanto più alta è la possibilità di sviluppare un tumore in seguito all’esposizione delle cellule dell’apparato respiratorio alle radiazioni sprigionate nel corso del decadimento radioattivo. Questo gas si può liberare anche da alcuni materiali da costruzione (come per esempio il tufo) o dall’acqua sorgiva o prelevata dal sottosuolo.
Per limitare i rischi dovuti al radon è quindi necessario limitare la sua concentrazione nell’aria: aerare bene gli ambienti dove si trascorre la maggior parte della propria vita e, nei casi più gravi, attuare una bonifica della propria abitazione rivolgendosi a persone specializzate.

IL BENZENE

Il benzene è un idrocarburo aromatico strutturato ad anello esagonale ed è costituito da 6 atomi di carbonio e 6 atomi di idrogeno (formula C6H6). Anche conosciuto come benzolo, rappresenta la sostanza aromatica con la struttura molecolare più semplice e per questo lo si può definire il composto-base della classe degli idrocarburi aromatici.
Il benzene a temperatura ambiente si presenta come un liquido incolore che evapora all’aria molto velocemente. E' caratterizzato da un odore pungente e dolciastro che la  maggior  parte  delle persone  può  già  percepire  alla concentrazione di 1,5-4,7 ppm (nell’acqua, dove si dissolve piuttosto lentamente, il sapore inizia a sentirsi a 0,5-4,5 ppm).
Il benzene è una sostanza altamente infiammabile, ma la sua pericolosità è dovuta principalmente al fatto che è un carcinogeno riconosciuto per l’uomo. A seguito di esposizioni variabili da meno di 5 anni a più di 30, molte persone hanno sviluppato varie forme di leucemia. Esposizioni a lungo termine e a concentrazioni relativamente basse possono colpire il midollo osseo e la produzione del sangue, quelle a breve termine e ad alti livelli possono provocare sonnolenza, giramenti, perdita di coscienza e morte.
Pur essendo la pericolosità del benzene ampiamente dimostrata da numerose ricerche mediche, per il suo ampio utilizzo questa sostanza è praticamente insostituibile. Molte industrie lo utilizzano per produrre altri composti chimici come lo stirene, il cumene (per realizzare varie resine) ed il cicloesano (per creare il nylon e molte fibre sintetiche). Il benzene viene anche utilizzato per produrre alcuni tipi di gomme, lubrificanti, coloranti, inchiostri, collanti, detergenti, solventi e pesticidi. Il benzene è inoltre un componente delle benzine dove costituisce fino all’1% in volume. La produzione mondiale annua di benzene supera oramai i 30 milioni di tonnellate ed è dovuta per la maggior parte alla distillazione del petrolio, anche se una proporzione notevole di benzene viene ancora ottenuta dalla distillazione dell’olio di catrame di carbon fossile.

AMIANTO

Asbesto, o amianto, è il nome dato ad un gruppo di minerali altamente fibrosi che si possono trovare naturalmente nell’ambiente: il Crisotilo (anche detto amianto bianco), appartenente alla serie mineralogica del serpentino; e gli anfiboli Crocidolite (amianto blu), Amosite (amianto bruno), Antofillite, Actinolite e Tremolite.
Questi minerali non hanno alcun odore o sapore chiaramente individuabili, sono molto resistenti al calore ed alla maggior parte delle sostanze chimiche e sono facilmente lavorabili.  Comodamente  reperibili,  venivano ricavati per lo più da miniere a cielo aperto in seguito alla macinazione della roccia madre e successivo arricchimento.

Per le loro proprietà dovute essenzialmente alla struttura fibrosa, per la facile reperibilità e per il basso costo, sono stati utilizzati in un’ampia gamma di prodotti ed in varie attività industriali; l’asbesto veniva utilizzato puro o più solitamente miscelato ad altri materiali in percentuali diverse, per sfruttarne meglio le caratteristiche chimico-fisiche e per produrre una quantità innumerevole di prodotti.

Purtroppo tutti questi beni hanno dimostrato nel tempo una deperibilità più o meno alta, ed il loro deterioramento provoca il rilascio nell’ambiente di una quantità di fibre direttamente proporzionale alla loro friabilità.
L’amianto friabile è in grado di disgregarsi alla semplice pressione delle dita e si è dimostrato estremamente pericoloso, mentre l’amianto compattato (miscelato a cemento o a sostanze che ne garantiscano una notevole durezza) è pericoloso nel caso in cui sia stato deteriorato da eventi meteorologici o da interventi più o meno accidentali.
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.

Per tutti questi motivi fin dal 1994 l’amianto è stato abbandonato e ne è vietata per legge l’estrazione, la lavorazione ed il commercio (da notare che la relazione fra la presenza dell’asbesto e l’insorgenza dei tumori era già scientificamente dimostrata fin dagli anni ’60).

Quindi a tutt’oggi la pericolosità dell’asbesto è dovuta essenzialmente alla presenza di quella sterminata serie di prodotti ancora in circolazione che lo contengono in quantità variabile e che lentamente vengono smaltiti in aree appositamente predisposte.

IDROCARBURI  POLICICLICI   AROMATICI

Il termine IPA è l’acronimo di Idrocarburi Policiclici Aromatici, una classe numerosa di composti organici tutti caratterizzati strutturalmente dalla presenza di due o più anelli aromatici condensati fra loro.
L’IPA più semplice dal punto di vista strutturale è il naftalene, un composto a due anelli che come inquinante aerodisperso si trova più che altro in forma gassosa a temperatura ambiente. Gli IPA costituiti da tre a cinque anelli possono essere presenti sia come gas che come particolato, mentre quelli caratterizzati da cinque o più anelli tendono a presentarsi per lo più in forma solida.

All’aumentare del peso molecolare decresce la volatilità e la già bassa solubilità in acqua, mentre cresce il punto di ebollizione e di fusione. Nella forma più pura gli IPA si presentano solidi e trasparenti, oppure bianchi o di un colore che va dal giallo chiaro al verde pallido.


I vari IPA variano fra loro sia per le diverse fonti ambientali che per le caratteristiche chimiche. Si formano nel corso delle combustioni incomplete di prodotti organici come il carbone, il petrolio, il gas o i rifiuti; molti vengono utilizzati per condurre delle ricerche e alcuni vengono sintetizzati artificialmente; in alcuni casi si impiegano nella produzione di coloranti, plastiche, pesticidi e medicinali.


Anche se esistono più di cento diversi IPA, quelli più imputati nel causare dei danni alla salute di uomini e animali sono: l’acenaftene, l’acenaftilene, l’antracene, il benzo(a)antracene, il dibenzo(a,h)antracene, il crisene, il pirene, il benzo(a)pirene, l’indeno(1,2,3-c,d)pirene, il fenantrene, il fluorantene, il benzo(b)fluoroantene, il benzo(k)fluoroantene, il benzo(g,h,i)perilene e il fluorene.


Solitamente nell’aria non si ritrovano mai come composti singoli, ma all’interno di miscele dove sono presenti molte decine di IPA diversi e in proporzioni che in alcuni casi possono anche variare di molto. Il fatto che l’esposizione avvenga ad una miscela di composti, di composizione non costante, rende difficile l’attribuzione delle conseguenze sulla salute alla presenza di uno specifico idrocarburo policiclico aromatico.


Pur essendo lo studio di queste miscele particolarmente complicato, è stato comunque dimostrato che l’esposizione alle miscele IPA comporta un aumento dell’insorgenza del cancro, soprattutto in presenza di benzo(a)pirene (peraltro l’unico IPA che finora è stato studiato approfonditamente).

CLORURO  di  VINILE

Il cloruro di vinile è un gas tossico, cancerogeno, infiammabile e talmente instabile alle normali condizioni ambientali che miscelato con l’aria può diventare esplosivo.
Anche conosciuto come cloroetene o cloroetilene, solitamente viene indicato come cloruro di vinile monomero (CVM) per distinguerlo dal principale composto che si ottiene dalla sua polimerizzazione: il polivinil cloruro o PVC. Da notare che il PVC, al contrario del monomero, è pressochè innocuo  (sempre a patto che la concentrazione di cloruro di vinile monomero che permane disciolto all’interno sia bassa).

L’estrema importanza del cloroetilene nella società industriale moderna è proprio dovuta al fatto che questa sostanza rappresenta il costituente base per la produzione dell’onnipresente PVC, materiale utilizzato per realizzare una gran varietà di prodotti plastici come tubi, cavi, rivestimenti per auto, materiali per impacchettare gli alimenti, arredamenti, finestre, coperture murali, articoli per la casa, ecc. Fino alla metà degli anni ’70 il cloruro di vinile veniva impiegato anche come gas refrigerante, propellente per spray e come componente di alcuni cosmetici.


Tutto il cloruro di vinile esistente è stato prodotto dall’uomo od è il risultato della degradazione di altre sostanze artificiali come il tricloroetilene, il tricloroetano o il tetracloroetilene.
Quindi tutto l’inquinamento ambientale e i danni alla salute dovuti a questa sostanza sono da imputare esclusivamente all’uomo.