Che cos’è il particolato?
Il particolato è formato da tutte le particelle solide e liquide sospese nell’aria, che possono avere un’origine naturale o antropica. Sono fonti naturali, per esempio, la polvere e la terra sollevate dal vento, le eruzioni vulcaniche, i pollini e le spore rilasciati dalle piante, o gli incendi. Questi fattori naturali, tuttavia, hanno effetti temporanei e raramente risultano pericolosi per la nostra salute (in genere i danni si limitano a reazioni allergiche), a differenza dei fattori antropici. Gran parte del particolato prodotto nelle aree urbane deriva da processi di combustione e viene definito particolato carbonioso. Oltre a carbonio e sottoprodotti della sua combustione, può contenere sostanze tossiche come diossine e composti organici volatili, generati per esempio dall’incenerimento di plastiche.
La città inglese di Widnes, nel Chershire, a fine '800. L'inquinamento atmosferico è diventato un problema a partire dalla prima rivoluzione industriale (seconda metà del '700), con l'invenzione delle macchine a vapore alimentate a carbone. Dalla fine dell'800 fu la volta del petrolio, che ancora oggi sostiene gran parte dell'economia globale. Questi combustibili fossili sono la principale fonte di particolato, oltre che di gas serra (immagine: Wikimedia Commons)
Quali sono le fonti antropiche?
Molte attività umane contribuiscono a emettere particolato in atmosfera. Le fonti principali sono gli scarichi dei motori (di automobili, aerei, navi), il riscaldamento domestico (soprattutto a gasolio, carbone e legna), l’usura del manto stradale, delle gomme e dei freni dei mezzi circolanti, le lavorazioni industriali (per esempio in altiforni, cementifici o cantieri), meccaniche e agricole, gli inceneritori, le centrali elettriche e il fumo di tabacco. In generale, si stima che le sorgenti naturali contribuiscano per il 94% del totale, mentre il fattore umano inciderebbe per meno del 10%. Nelle aree urbane, però, questo rapporto si inverte, soprattutto a causa del traffico stradale e del riscaldamento domestico. Per quanto riguarda i contributi percentuali delle varie fonti c’è grande disaccordo tra gli esperti, motivato anche dai forti interessi economici in gioco.
Il traffico stradale è una delle principali fonti di particolato di origine antropica, insieme al riscaldamento domestico (immagine: Wikimedia Commons)
Che relazione c’è tra particolato e inquinamento atmosferico?
Per prima cosa occorre distinguere ciò che è inquinante da ciò che non lo è. Secondo la definizione proposta nel 1973 dal fisico statunitense Samuel J. Williamson, “ogni cosa che viene aggiunta all’ambiente che causa una deviazione dalla composizione geochimica media” è un contaminante; l’inquinante, invece, è un contaminante che provoca effetti nocivi misurabili sugli esseri umani, sugli animali, sulla vegetazione, sui diversi materiali e più in generale sull’ambiente naturale o antropico. Gli inquinanti possono essere di tipo gassoso (per esempio composti dello zolfo, dell’azoto o del carbonio) o particolato. Inoltre si distinguono in primari, se immessi in atmosfera tali e quali, come il monossido di carbonio, o secondari, se derivano da reazioni chimiche, come l’ozono. Il particolato di origine antropica è dannoso per la salute e può quindi essere annoverato tra i principali inquinanti atmosferici, con componenti primarie e secondarie variabili (si equivalgono in caso di particolato fine).
Come viene classificato il particolato?
Le polveri totali sospese (PTS) contengono particelle di varie dimensioni, che vengono campionate con filtri di determinate dimensioni, misurate quantitativamente e identificate in base al loro massimo diametro aerodinamico equivalente (dae). Poiché le particelle hanno densità e forma molto variabili, questo parametro permette di ricondurle a particelle sferiche di densità unitaria (1 g/cm3) e identico comportamento aerodinamico a parità di condizioni atmosferiche. In questo modo le particelle sono classificate con la sigla PM (acronimo di Particulate Matter) seguita dal loro diametro aerodinamico massimo. Per esempio PM10 indica tutte le particelle con diametro inferiore a 10 µm (un centesimo di millimetro), quindi il PM2,5 è un sottoinsieme del PM10, che a sua volta è un sottoinsieme del particolato grossolano, e così via.
Classificazione del particolato:
particolato grossolano – le particelle hanno dimensioni superiori ai 10 µm e non sono in grado di superare la laringe e penetrare nel tratto respiratorio, se non in minima parte.
PM10– è caratterizzato da particelle di diametro inferiore a 10 µm, generate mediante processi meccanici da particelle più grandi; è una polvere inalabile, ovvero in grado di penetrare nel tratto respiratorio superiore (naso e laringe); le particelle fra 5 e 2,5 µm si depositano prima di giungere ai bronchioli.
PM2,5 – è il cosiddetto particolato fine, con diametro inferiore a 2,5 µm (un quarto di centesimo di millimetro), formato dall’aggregazione di particelle più piccole; è una polvere toracica, cioè in grado di penetrare profondamente nei polmoni, soprattutto respirando con la bocca.
PM1 - particolato con diametro inferiore a 1 µm.
PM0,1 - con diametro inferiore a 0,1 µm, è detto particolato ultrafine (UFP o UP); è una polvere respirabile, cioè in grado di penetrare profondamente nei polmoni fino agli alveoli, formata principalmente da residui della combustione.
nanopolveri - particolato con diametro dell’ordine di grandezza dei nanometri (le particelle inferiori a un nanometro sarebbero PM0,001). Particelle ancora più piccole non sono rilevabili con tecniche gravimetriche (basate sul peso delle polveri), ma servono altri apparecchi più sofisticati che sfruttano per esempio la luce laser.
A seconda delle sue dimensioni il particolato ha una diversa capacità di penetrare nell'apparato respiratorio (immagine: Wikimedia Commons)
Che relazione c’è tra particolato e smog?
Il termine smog è comparso all’inizio del ‘900 e deriva dalla fusione delle parole inglesi smoke (fumo) e fog (nebbia), poiché ha l'aspetto di una foschia caliginosa. Lo smog tradizionale è anche chiamato invernale o di Londra perché è tipico dei climi freddi e umidi e appestava l’aria londinese già durante la prima rivoluzione industriale. È legato alla combustione del carbone e alla produzione di particolato e di ossidi di zolfo. Oggi in molti paesi tra cui l’Italia il carbone è quasi scomparso come combustibile e il contenuto di zolfo nel gasolio e nel carbone è stato fortemente ridotto. Lo smog tradizionale però non è scomparso, e in condizioni meteo particolari, come assenza di vento e inversioni termiche a bassa quota, può rendere irrespirabile l’aria cittadina. Esiste anche un altro tipo di smog, detto fotochimico o estivo o di Los Angeles, tipico invece dei climi caldi e asciutti, che si forma con tempo soleggiato per reazione della luce ultravioletta con ossidi di azoto (NOx) e composti organici volatili, cosa che porta alla formazione di ozono e altri inquinanti secondari.Qual è l’impatto dei vari tipi di particolato sulla salute?
Per la loro capacità di penetrazione, il particolato fine e quello ultrafine (dal PM2,5 in giù) sono considerati maggiormente responsabili di varie patologie acute e croniche dell’apparato respiratorio tra cui asma, bronchiti, enfisema, allergie e tumori. Nelle popolatissime città cinesi l'inquinamento dell'aria raggiunge durante i mesi invernali valori così estremi da provocare bruciori a occhi e gola e difficoltà respiratorie. Inoltre è stato descritto un aggravamento dei sintomi in soggetti affetti da disturbi cardio-circolatori. Non è del tutto chiaro il meccanismo d’azione del particolato, anche se è noto che quello ultrafine può penetrare negli alveoli e rilasciare le sostanze tossiche che trasporta (idrocarburi policiclici aromatici e ossidi di zolfo e azoto). L’interazione biologica e i rischi aumentano ulteriormente nel caso delle nanopolveri, che riescono a penetrare e a rilasciare i loro inquinanti perfino nelle cellule, anche se gli studi epidemiologici sono ancora agli inizi.
Molti processi industriali, come la lavorazione dei metalli, producono particolato pericoloso per la salute. Per evitare di inalarlo vengono usate mascherine, che però sono insufficienti a bloccare le nanopolveri (immagine: Wikimedia Commons)
Qual è l'impatto del particolato sull'ambiente?
In molte aree industrializzate il particolato fine (PM2,5) crea una nebbia che riduce la visibilità, ed è in grado perfino di oscurare il sole. Le particelle vengono trasportate dal vento su lunghe distanze e si depositano sul suolo e nell’acqua, acidificandoli. Rilevanti sono i danni sulla vegetazione (per esempio foreste e colture), perché il particolato può ostruire gli stomi bloccando la fotosintesi e provocando di conseguenza un arresto della crescita o la morte della pianta. Gli effetti sul clima, poi, possono essere disastrosi. Le particelle disperse nell'atmosfera assorbono la radiazione solare e infrarossa nell’atmosfera, causando un abbassamento locale delle temperature, ma soprattutto favoriscono la condensazione delle goccioline d'acqua delle nuvole, provocando un aumento delle precipitazioni. Un altro effetto dannoso è su statue, edifici e monumenti delle nostre città, che vengono anneriti e corrosi dalle polveri che vi si depositano e dalle piogge acide.
Un gargoyle in Baviera corroso dall'inquinamento. L'anidride solforica (SO3) prodotta dai gas di scarico si trasforma in acido solforico, uno dei principali componenti delle piogge acide. Il marmo dei monumenti reagisce trasformandosi in solfato di calcio (gesso), che si corrode facilmente (immagine: Wikimedia Commons)
Quali sono i limiti di legge per il particolato?
Fino a una decina di anni fa le normative sulla qualità dell’aria e le emissioni dei veicoli riguardavano soltanto i PM10, che però sono meno penetranti nell’apparato respiratorio e quindi hanno un impatto minore sulla salute. Vista la correlazione tra finezza delle polveri e rischi sanitari, nel 2005 l’OMS (l'Organizzazione Mondiale della Sanità) ha inserito anche il PM2,5 nelle misure di riferimento. I valori massimi consigliati di PM10 che compaiono nelle linee guida dell'organizzazione sono di 20 µg/m3 come media annuale e di 50 µg/m3 come media giornaliera, mentre per il PM2,5 sono la metà (rispettivamente 10 e 25 µg/m3). In contrasto con le raccomandazioni dell'OMS, la direttiva europea del 2008 (2008/50/EC) attualmente in vigore, recepita dall’Italia nel 2010, ha confermato i limiti di PM10 del 2005, ovvero una media annua di 40 µg/m³ (il doppio) e una media giornaliera di 50 µg/m³ - l'unico valore in linea con l'OMS - da non superare più di 35 giorni all'anno. Nel caso del PM2,5, poi, non sono nemmeno indicati limiti, ma solo l’obbligo di monitoraggio a partire dal 2011, con l’obiettivo di ridurre i valori medi annui a 25 µg/m³ entro il 2015 (obiettivo largamente disatteso). La Società Europea di Medicina Respiratoria (ERS) ritiene che i limiti della direttiva siano insufficienti a tutelare adeguatamente la salute pubblica.Chi si occupa del monitoraggio?
Sono le Agenzie Regionali per la Protezione Ambientale (ARPA) a monitorare il livello di concentrazione del particolato atmosferico, che viene rilevato attraverso centraline automatiche e manuali, con frequenza giornaliera, secondo quanto previsto dal D.Lgs.155/2010. Lo stesso decreto, oltre alla rilevazione dei valori di PM10, prescrive l'obbligo di installare punti di campionamento in siti fissi per misurare i livelli di concentrazione di PM2,5. Anche i satelliti possono essere utili per monitorare la concentrazione di alcuni inquinanti come il diossido di azoto (NO2), che come abbiamo visto si trasforma in ozono. L'Ozone Monitoring Instrument installato a bordo del satellite Aura della NASA, frutto di una cooperazione olandese-finlandese, fornisce mappe globali delle zone più inquinate da smog, tra cui la costa orientale degli Stati Uniti, l'Europa settentrionale, la Pianura Padana e la Cina nord-orientale.Com’è la situazione in Italia?
L’inizio del 2016 è stato particolarmente critico per molte città italiane, soprattutto in Pianura Padana, dove il persistere di un anticiclone (zona di alta pressione) ha determinato il ristagno di smog e polveri sottili nei bassi strati, rendendo l’aria irrespirabile. In Lombardia, Emilia Romagna e Veneto i PM10 hanno superato i 150 µg/m³, vale a dire 3 volte la soglia giornaliera prevista dalla legge, con Padova a segnare il record negativo di 190 microgrammi per metro cubo. L’allarme inquinamento però ha interessato buona parte della penisola e in molte città ha fatto scattare provvedimenti di emergenza come targhe alterne, blocco totale del traffico e abbassamento del riscaldamento in abitazioni e uffici, anche se gli effetti sono stati inferiori alle aspettative.
L'inquinamento della Pianura Padana in un'immagine satellitare (immagine: Wikimedia Commons)
E nel resto del mondo?
Tutte le grandi metropoli devono fare i conti con periodiche emergenze smog, ma la palma d’oro delle città più inquinate spetta alla Cina. In ben 66 su 74 metropoli gli abitanti sono costretti a girare per strada con la mascherina, che però blocca solo le polveri grossolane. Nel nord-est del paese più popoloso del mondo, l’accensione degli impianti di riscaldamento ha letteralmente immerso le aree urbane nell’oscurità, poiché il sole non riesce più a penetrare la coltre asfissiante. L’8 novembre scorso i valori di PM2,5 hanno raggiunto i 1400 µg/m³, superando di 56 volte il limite massimo giornaliero indicato dall’OMS di 25 µg/m3. Ma concentrazioni 50 volte più alte si registrano in gran parte del territorio cinese, tant'è vero che solo il 9% dell’intera popolazione, al momento, respira aria relativamente "pulita”. Le zone maggiormente colpite sono la capitale Pechino, la città portuale Tianjin e numerosi centri delle province del Liaoning, Hebei, Henan ed Heilongjiang. È stato perfino coniato un nuovo termine per definire la drammatica situazione cinese: "airpocalypse", ovvero quando l’aria diventa una miscela mortale. Gli inquinanti, in ogni caso, non conoscono confini nazionali, e raggiungono anche le aree più remote e un tempo incontaminate del pianeta, con danni ambientali incalcolabili.
Questo servizio di Euronews del 2013 mostra Pechino soffocata dallo smog. La Cina possiede un gigantesco parco auto di 240 milioni di veicoli, e le sue città sono tra le più inquinate al mondo (Fonte: Euronews)
Lo studio APHEKOM finanziato con fondi europei, a cui hanno contribuito 60 scienziati provenienti da 12 paesi europei per un periodo di 3 anni, ha confermato che ridurre anche di poco le emissioni di particolato ha ripercussioni positive sulla salute e sulle spese sanitarie. Sylvia Medina dell'Institut de Veille Sanitaire, coordinatrice del progetto, ha dichiarato che «il rispetto dei valori limite di PM2,5 e di PM10 pari a 50 µg/m3 raccomandato dall'OMS nelle sue linee guida sulla qualità dell'aria, in 25 grandi città europee potrebbe prolungare di 22 mesi l'aspettativa di vita delle persone di almeno 30 anni di età e far risparmiare annualmente 31 miliardi e mezzo di euro in costi sanitari».
Anche Francesco Forastiere, del dipartimento di Epidemiologia del Lazio, ha partecipato allo studio. In una recente intervista ha dichiarato: «L'Oms stima che per ogni 10 microgrammi di differenza tra i valori raccomandati e quelli registrati, c'è un aumento del 7% di mortalità, soprattutto per malattie cardiovascolari. Se venissero rispettati gli standard raccomandati dall'Oms per i PM10, pari a 20 microgrammi per metro cubo come media annuale, ci sarebbero solo a Roma quasi 600 ricoveri in meno all'anno per malattie respiratorie e 400 in meno per patologie cardiovascolari, con un risparmio di 4 milioni di euro». Se gli stessi criteri venissero applicati su larga scala, milioni di persone vivrebbero meglio e più a lungo e si risparmierebbero miliardi.
La produzione di PM10 rispetto alle linee guida dell'OMS nelle principali metropoli mondiali. Le proiezioni al 2030 e al 2050 non prevedono riduzioni significative, tali da prevenire danni alla salute (immagine: OCSE)
Quali sono gli scenari futuri?
Com'è facile immaginare, sono tutt’altro che rassicuranti. Secondo le previsioni dell’OCSE contenute nel report ENVIRONMENTAL OUTLOOK TO 2050, l'inquinamento non solo non sarà contenuto nei prossimi anni, ma aumenterà in modo esponenziale. È l'effetto collaterale di una popolazione che raggiungerà i 9 miliardi di persone, per la maggior parte residenti in aree urbane, che produrrà un'economia quattro volte quella di oggi e fagociterà l'80% di energia in più. Le concentrazioni di ossidi di zolfo e azoto saranno più alte rispettivamente del 90% e del 50% rispetto al 2000. Intanto, dopo lo scandalo dei software della Volkswagen in grado di eludere i limiti delle emissioni dei motori diesel (il cosiddetto dieselgate), l'europarlamento ha da poco votato il raddoppio dell'emissione di ossidi di azoto (NOx). In pratica, poiché il rispetto dei limiti era frutto di una frode, ora le auto potranno tranquillamente emetterne il 110% in più. Se già erano poco credibili, gli accordi presi a Parigi alla recente conferenza sul clima appaiono sempre meno attendibili. Immagine banner in evidenza: Wikimedia Commons Immagine box in homepage: Wikimedia Commons
