Particolato atmosferico: differenze tra le versioni

Come esempio indicativo delle dimensioni del particolato, si riporta una misura effettuata l'08/12/96 in via Messina a Milano; analizzando la distribuzione dimensionale ottenuta, si vede che il 97% delle particelle ha un diametro inferiore a 2,5 <math>\mu m</math>, il 2,8% ha un diametro compreso fra 2,5 e 10 <math>\mu m</math> e solo lo 0,2% possiede un diametro superiore a 10 <math>\mu m</math>.

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'''Fig. II –''' '''''Distribuzione dimensionale''''' del materiale particolato rilevato l'08/12/96 in via Messina a Milano.

 

Quando però si effettuano i campionamenti viene riportato il peso del materiale particolato, che non rispecchia affatto la distribuzione del numero di particelle. Se la massa aumentasse grosso modo con il volume, e a sua volta il volume fosse proporzionale al cubo del diametro, si otterrebbe dallo stesso campione di misura riportato precedentemente, che il 97% delle particelle con diametro inferiore a 2,5 <math>\mu m</math> conterebbe per il 5,9% della massa, il 2,8% delle particelle con diametro compreso tra 2,5 e 10 <math>\mu m</math> conterebbe per il 49,1% ed il restante 0,2% delle particelle con diametro superiore a 10 <math>\mu m</math> conterebbero per ben il 45% della massa.

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'''Fig. III –''' '''''Distribuzione volumetrica''''' del materiale particolato rilevato l'08/12/96 in via Messina a Milano.

 

Tuttavia, se il rapporto volumetrico PM2,5/PM10 risulta di circa 0,1, dalle misure dirette sulle concentrazioni di PM2,5 e [[PM10]], nello stesso sito di via Messina durante tutto l'anno 2002, risulta che il loro rapporto è di 0,62 ± 0,14. Questo vuol dire che l'assunzione di densità uniforme non è affatto lecita e mediamente le particelle piccole sono molto più dense di quelle grandi.

 

[[File:RapportoPM10-PM2,5.JPG|thumb|]]

 

'''Fig. IV –''' ''Campionamento gravimetrico'' nel sito di via Messina a Milano, durante tutto l'anno 2002.

 

Infatti la '''distribuzione in massa''' generalmente presenta una [[distribuzione bimodale]], cioè con due massimi riferiti alle particelle fini e a quelle grossolane. Sulla frazione di [[PM10]] oltre la metà del contributo in massa viene dalle particelle con diametro aerodinamico compreso tra 0,2 e 1 <math>\mu m</math>.

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'''Fig. V –''' Distribuzione qualitativa delle particelle sospese in aria. Sono messe in evidenza la totalità delle particelle sospese in aria, la frazione di PM 10 e la frazione di PM2,5.

Queste componenti, che insieme costituiscono il materiale particolato, presentano dimensioni diverse e quindi contribuiscono in maniera differente al PM2,5 o al [[PM10]].

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'''Fig. X –''' Composizione chimica del particolato nella città di Milano. Nella frazione PM2,5 specialmente i '''solfati''', lo '''ione ammonio''' e la '''parte indeterminata''' acquistano maggior peso rispetto alla frazione di PM10, mentre si riduce di molto la componente dei minerali in polvere.

 

Come si vede dalla figura I.VII la somma di <math>SO_4^-</math>, <math>NO_3^-</math> e <math>NH_4^+</math> dà oltre il 40% della massa totale di PM2,5.

[[File:Velocitá-deposizione.JPG|thumb|]]

 

 

==Andamento delle concentrazioni==

A titolo di esempio, si riporta l'andamento delle concentrazioni di [[PM10]] e PM2,5 relativi agli anni 2001 e 2002 a Milano, per mostrare la grande variabilità a cui sono soggetti. Anzitutto è sempre identificabile un trend stagionale che si identifica con livelli di particolato due o tre volte superiore nelle stagioni autunno-inverno rispetto a primavera-estate. Questo principalmente è dovuto all'influenza dello strato limite planetario che in autunno e in inverno schiaccia gli inquinanti al suolo facendone aumentare la concentrazione. Oltre a questo le condizioni meteorologiche hanno una grande influenza sulla [[dispersione degli inquinanti]], ma tale influenza è di tipo casuale sia all'interno di un mese sia di anno in anno.

[[File:Concentrazioni-milano-2002.JPG|thumb|]]

 

'''Fig. VII –''' Andamento delle concentrazioni di PM10 e PM2,5 relative alla città di Milano durante gli anni 2001-2002. La media del PM10 è risultata essere di <math>60 \mu g/m^3</math> nel 2001 e di <math>63 \mu g/m^3</math> nel 2002.

 

Questi valori sono da confrontare con le soglie individuate dalle normative, seppur relative al solo [[PM10]], le quali sono basate sugli studi degli [[effetti epidemiologici]] ancora in corso. In particolare per il 2002 il ''livello di attenzione'' di 50 <math>\mu g/m^3</math> è stato superato il 50% dei giorni, mentre il ''livello di allarme'' di 75 <math>\mu g/m^3</math> è stato superato il 25% dei giorni. In più c'è da tener presente l’''obiettivo di qualità'', che attualmente è di 40 <math>\mu g/m^3</math> ma dal 2010 sarà di 20 <math>\mu g/m^3</math>.

In particolare si riportano i grafici relativi alle emissioni nella provincia di Milano e nella regione Lombardia. Su scala provinciale il traffico veicolare conta per oltre i 2/3 delle emissioni totali ([[Total HydroCarbon|THC]]) , mentre su scala regionale la combustione residenziale e industriale conta per quasi la metà.

[[File:Origine-PM10-milano.JPG|thumb|]]

 

'''Fig. VIII –''' Emissioni di particolato nella provincia di Milano. È evidente che la sorgente predominante è il trasporto su strada. Importante è anche la combustione non industriale.

[[File:Origine-particolato-lombardia.JPG|thumb|]]

 

'''Fig. IX –''' Emissioni di particolato nella regione Lombardia. Il trasporto su strada è ancora la sorgente principale ma acquistano peso, rispetto al grafico della provincia, le emissioni da combustione non industriale e quelle relative ai processi produttivi.

 

* Le fonti secondarie riguardano, invece, da una parte la ''condensazione'' di molecole presenti in fase gassosa, la successiva ''[[nucleazione]]'' e infine la ''coagulazione'' fino a formare '''[[aerosol]]''' con diametri compresi tra 0,1 <math>\mu m</math> e 1 <math>\mu m</math>; dall'altra parte ha un grandissimo peso la [[reattività chimica]] a partire dal particolato di origine primaria:

 

<math>SO_2 (g)\longmapsto SO_4^-</math> per [[reattività fotochimica]] o [[ossidazione]]

 

<math>NH_3 (g)+HNO_3 (g)\longmapsto NH_4 NO_3 (s)\vee NH_4^+ (l)+NO_3^- (l)</math>

 

Di questi il biossido di zolfo viene emesso dai processi di combustione di carbone e petrolio contenenti zolfo mentre l'ammoniaca viene sia da fonti naturali che antropiche (agricoltura, allevamenti e auto catalitiche); infine la combustione degli autoveicoli produce monossido di azoto e biossido di azoto, i quali reagendo con lo ione idrossido formano l'acido nitrico.

 

In particolare si andranno ora ad approfondire gli effetti sulla salute umana perché giustamente è il problema maggiormente sentito.

Tuttavia ci sono alcuni inquinanti, per i quali è stato accertato un [[effetto cancerogeno]], su cui non è possibile stabilire dei valori al di sotto dei quali non vi siano rischi. Tra questi ci sono il '''benzene''' e gli '''Idrocarburi Policiclici Aromatici''' '''(IPA)'''.

Gli IPA sono composti organici contenenti due o più anelli aromatici che condividono una coppia di atomi di carbonio (fusi) e ne sono stati individuati 16 come inquinanti prioritari. Questi composti hanno origine soprattutto dalle emissioni attribuibili al traffico pesante e l'80-90% è contenuto nella frazione di PM2,5. Sebbene costituiscano soltanto una frazione minima del particolato (inferiore a una parte su diecimila) rivestono una grande importanza a livello tossicologico. Inoltre la loro concentrazione è notevole soltanto durante le stagioni autunno-inverno perché in estate tendono a passare dalla fase particolato (liquida o solida) alla fase solida.

[[File:IPA-milano.JPG|thumb|]]

 

'''Fig. XI –''' Andamento delle concentrazioni di IPA a Milano relative al [[PM10]] e al PM2,5. Risulta evidente che costituiscono un problema solo nei mesi invernali.

 

'''Fig. XII –''' Andamento della concentrazione di IPA riferita agli andamenti del traffico pesante e del traffico totale. Giornalmente il traffico totale presenta due massimi mentre la concentrazione di IPA presenta un massimo soltanto in corrispondenza di quello relativo al traffico pesante.

 

Proprio a causa della grossa differenza che c'è, dal punto di vista sanitario, tra un'atmosfera contenente IPA e una che non ne contiene (a parità di massa di particolato) è stato introdotto il concetto di '''qualità del particolato''', il quale fa uso di un indice di tossicità, e questo indice mostra una notevole stagionalità attribuibile in larga parte all'analoga stagionalità vista per gli IPA.

Comunque in generale la valutazione del rischio sulla salute viene condotta prendendo in considerazione la possibilità che ha ogni classe dimensionale di particelle di raggiungere le diverse regioni dell'apparato respiratorio.

Per questo motivo si parla di '''particelle inalabili''', che possono raggiungere la faringe e la laringe proprio in seguito ad inalazione attraverso la bocca o il naso, e comprendono praticamente tutto il particolato. Poi si parla di '''particelle toraciche''' che corrispondono grosso modo alla frazione di [[PM10]] e che sono in grado di raggiungere la trachea e i bronchi. Infine si parla di '''particelle respirabili''' per indicare la classe di particelle più piccole (PM2,5) che è in grado di raggiungere gli alveoli e attraverso questi trasmettersi nel sangue.

 

<gallery>

 

'''Fig. XIII –''' Il grafico di sinistra e la figura di destra mostrano cosa si intende per particelle inalabili, particelle toraciche e particelle respirabili. In particolare la figura mostra quali zone dell'apparato respiratorio è in grado di raggiungere ogni classe dimensionale di particelle.

 

Per quanto riguarda gli effetti sulla salute relativi al particolato di origine secondaria, gli ioni costituiti da solfati e nitrati causano asma per broncocostrizione e indebolimento del sistema immunitario.