Il particolato atmosferico

Il particolato atmosferico
di Maria Rita Perrone* e Annarita Turnone **
l crescente interes
sedella comunita’
nazionale ed internazionale verso il
particolato atmosferico è essenzialmente
determinato dagli effetti negativi che esso
produce sulla salute
dell’uomo e sull’ambiente circostante. Tale
interesse trae origine
da diversi studi epidemiologici che hanno
evidenziato una chiara correlazione tra fenomeni acuti di smog
atmosferico e numero
di morti e ricoveri
ospedalieri dovuti a
malattie cardiache e
polmonari. Tra gli avvenimenti più eclatanti possiamo ricordare
gli episodi di inquinamento atmosferico
manifestatisi negli anni ‘50 e ‘60 nella città
di Londra, che fecero
registrare un eccesso
di ricoveri ospedalieri
per problemi respiratori della popolazione.
Il particolato atmosferico denominato anche aerosol è formato
da particelle solide o
liquide, di diametro
compreso tra 0.005 _m
e 100 _m. Esso può essere costituito da aggregati molecolari o
da minutissimi frammenti di materiale solido di diversa natura,
fissati insieme per
adesione. In altri casi,
come nelle foschie e
nelle nebbie, le particelle di aerosol sono
piccole goccioline di
acqua liquida, entro le
quali il materiale insolubile rimane in sospensione e le sostanze solubili, come sali
marini o solfati, si so-
La foto mostra una tipica
immagine da satellite relativa
alla tempesta di sabbia
dal Sahara del 17 luglio 2003
che ha colpito il bacino
centro-occidentale
no sciolte. A causa delle loro piccole dimensioni, le particelle di
aerosol possono restare sospese in atmosfera per tempi più o meno lunghi
Il particolato presente
in atmosfera può avere due diverse origini:
naturale e antropica.
Le più importanti sorgenti naturali sono: lo
spray marino, l’erosione delle rocce ad opera di agenti atmosferici, i pollini, le eruzione
vulcaniche, gli incendi
boschivi ed i deserti.
Le più importanti sorgenti antropiche sono:
le emissioni prodotte
dal traffico veicolare,
i processi industriali e
di combustione di carbone e oli.
L’aerosol può inoltre
essere classificato come primario o secondario, in base alle modalità con cui le
particelle vengono immesse in atmosfera.
L’aerosol primario è
costituito dalle particelle immesse direttamente in atmosfera.
Mentre, con aerosol
secondario si indicano
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le particelle formatesi
attraverso processi fisici o chimici di gas e
particelle presenti in
atmosfera.
L’impatto che gli aerosol hanno sulla salute
è fortemente dipendente dalla dimensione e composizione
delle singole particelle.
La dimensione delle
particelle di aerosol influenza
• la zona dell’ apparato respiratorio in cui
le particelle vengono
depositate e quindi il
loro grado di tossicita’
Una classificazione dimensionale del particolato totale sospeso,
comunemente chiamato PTS, si basa attualmente sulla capacita’, da parte delle
particelle, di penetrare
nell’apparato respiratorio e suddivide il
materiale particolato
in:
• frazione inalabile
(entra nelle vie respiratorie),
• frazione toracica
(raggiunge i polmoni),
frazione respirabile
(raggiunge gli alveoli
Livello di deposizione delle particelle nelle vie dell’apparato
respiratorio
polmonari).
L'apparato respiratorio dell'organismo
umano è strutturato in
modo da funzionare
come “filtro” nei confronti dei corpi estranei. Mediante meccanismi ad impatto
inerziale, i vari organi
riescono a separare
gran parte della frazione di polveri di maggiore dimensione; essi
sono invece inefficaci
nei confronti delle particelle più piccole che
riescono a raggiungere
la parte più interna
dell'apparato respiratorio.
Le polveri inalabili che
sono quelle in grado
di penetrare nel tratto
superiore dell’apparato respiratorio (dal naso alla laringe) rappresentano il cosiddetto
PM10 che è definito
come il materiale particolato con un diametro medio inferiore a
10 micron: 1 µm = 1
millesimo di millimetro. Il diametro medio
di un capello umano è
considerato pari a 50
µm.
Le polveri con un diametro medio inferiore
a 2.5 micron rappresentano il cosiddetto
PM2.5 e sono anche
dette polveri respirabili, perché possono penetrare nel tratto inferiore dell’apparato
respiratorio (dalla tra-
chea fino agli alveoli
polmonari).
Il PM10 ed il PM2.5
rappresentano pertanto una frazione del
PTS (Particolato Totale
Sospeso).
Per contenere il degrado dell’ambiente e
quindi i suoi effetti negativi sulla salute dell’uomo, sono state prese numerose iniziative,
che si possono suddividere in due gruppi:
i provvedimenti volti
alla limitazione delle
emissioni (protocolli
di Montreal e Kyoto)
e le norme emanate
per il contenimento
dei valori di concentrazione degli inquinanti in aria.
I valori limite del
PM10 stabiliti dalle Direttive del Consiglio
Europeo 1999/30/CE
per la protezione della
salute dell’ uomo ed
in vigore dal
01/01/2005 sono:
• Valore limite annuo:
40 _g/m3;
• Valore limite giornaliero (da non superare
più di 35 volte l’anno):
50 _g/m3.
Si e’ inoltre stabilito
che a partire dal
01/01/2010 i valori limite del PM10 saranno:
•Valore limite annuo:
20 _g/m3;
• Valore limite giorna-
liero (da non superare
più di 7 volte l’anno):
50 _g/m3.
I valori limite relativi
al PTS fissati dal D. M.
15/04/94 e D. M.
25/11/94 sono:
• Livello di attenzione
150µg/m3 (media annuale su 24 ore)
• Livello di allarme
300µg/m3 (media annuale su 24 ore)
Nella seconda metà
del 2003, il Dipartimento di Fisica dell’
Universita’ di Lecce ha
effettuato una campagna di misure relative
a campionamenti di
PTS, PM10 e PM2.5, in
un sito costiero del Salento. Lo scopo delle
misure era quello di
determinare le concentrazioni di PTS, PM10
e PM2.5 e di caratterizzare la composizione morfologica ed elementale
delle
particelle campionate.
Le concentrazioni di
particolato atmosferico PTS, PM10 e PM2.5,
vengono determinate
attraverso la filtrazione dell’aria mediante
appositi campionatori
e la successiva raccolta
delle particelle in sospensione su di un apposito filtro. La concentrazione di
particolato fornita in
µg/m3 (microgrammi
su metrocubo) viene
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determinata attraverso
la pesatura del filtro
prima e dopo il campionamento, rapportata al volume di aria
campionata normalizzata a 25°C e 1 atm
(metodo gravimetrico).
In particolare, le misure effettuate dal Dipartimento di Fisica dell’Università di Lecce,
sono state eseguite utilizzando il campionatore di particolato a
basso volume FH 95
KF della ditta ESM
Andersen (UK), con le
relative teste di prelievo per il PTS, PM10 e
PM2.5. Tale campionatore aspira l’aria con
un flusso costante di
2.3 m3/h. Le particelle
aspirate vengono poi
depositate su filtri in
nitrato di cellulosa con
porosità di 0.8 _m e
diametro di 47 mm.
Campionatore di particolato
FH 95 KF utilizzato per il
campionamento
gravimetrico.
Il grafico a lato mostra
le concentrazioni di
particolato relative a
campionamenti di
PTS, PM10 e PM2.5,
effettuati dal 6 novembre al 6 dicembre 2003
con il campionatore a
basso volume FH 95
KF, in un sito costiero
del Salento.
Si osserva che le concentrazioni di PTS e di
PM10 variano rispettivamente da 25±1 a
55±3 _g/m3, e da 22±1
a 42±1 _g/m3. Pertanto le concentrazioni di
PM10 non superano i
valori di soglia stabiliti
dalle recenti direttive
Europee.
E’ importante notare
che il grafico precedente mostra che la
concentrazioni di
PM2.5 misurata il
23/11 e’ circa uguale
a quella di PTS misurata il 25/11 ed a quella di PM10 misurata il
24/11. Questi risultati
potrebbero significare
che il particolato atmosferico raccolto dal 23
al 24 novembre era essenzialmente caratterizzato da particelle
con diametro inferiore
a 2.5µm.
Un’elevata concentrazione di particelle con
il diametro di pochi
micrometri e’ espressione di una maggiore
pericolosita’ dell’ aria
Concentrazioni del particolato atmosferico raccolto dal 6 Novembre
al 6 Dicembre 2003in un sito costiero del Salento.
campionata ai fini
della salute dell’uomo.
Per meglio misurare la
dimensione delle particelle raccolte e per
caratterizzarne la
struttura morfologica
e la composizione elementare, si e’ fatto uso
di un microscopio elettronico a scansione
(SEM) con sonda a
raggi X a dispersione
di energia (EDX).
Miscroscopio elettronico a
scansione utilizzato per
l’analisi morfologica e degli
elementi delle particelle
campionate.
I filtri relativi ai campionamenti di articola-
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to atmosferico effettuati in prossimità di
zone costiere sono generalmente ricchi di
particelle di cloruro di
sodio generate dagli
spruzzi dell’acqua del
mare. Pertanto, tali
particelle sono di origine naturale e rappresentano un tipico
esempio di aerosol primario. Tali particelle
essendo caratterizzate
da un diametro superiore a diversi micrometri normalmente si
depositano nel tratto
superiore dell’apparato respiratorio.
E’ bene menzionare
che i filtri relativi a
campionamenti di
particolato atmosferico sono generalmente
ricchi di particelle di
solfato di calcio, in
quanto anche queste
particelle sono di origine naturale essendo
generate dall’erosione
delle rocce ed in generale dal materiale per
costruzioni messo in
Immagine SEM (a) di un campione di PTS raccolto l’8 Novembre 2003, in cui e’ evidenziata una particella di sale (NaCl) con il
diametro medio r=6.8 µm e (b) relativo spettro EDX.
Immagine SEM (a) di un campione di PTS raccolto il 7 Novembre 2003, in cui e’ evidenziata un aggregato composto da due particelle:
una di CaSO4 (solfato di calcio) e l’altra di Na2SO4 (solfato di sodio). (b) spettro EDX dell’aggregato particellare.
sospensione nell’aria
dal vento.
Una particella che può
essere considerata di
origine antropica e’
quella di solfato di sodio. Queste particelle
sono molto spesso monitorate in siti in prossimità del mare e vicini a zone industriali.
Esse possono essere
generate da reazioni
tra le particelle di cloruro di sodio NaCl e
l’acido solforico
H 2 SO 4 che liberano
acido cloridrico HCl
in forma gassosa.
2NaCl + H2SO4
Na2SO4 + 2HCl
Differenti attività antropiche sono responsabili dell’ immissione
in atmosfera di notevoli quantità di SO2.
L’ SO2 reagendo con il
vapore acqueo presente in atmosfera, e’ poi
responsabili delle elevate concentrazioni di
H2SO4 rilevate dalle
misure del Dipartimento di Fisica effettuate in una zona costiera del Salento. E’
importante sottolineare che la formazione
di particelle di solfato
di sodio e’ stata specialmente osservata in
condizioni meteorologiche caratterizzate da
umidità relativa al
suolo superiore al
70%. Le particelle di
solfato di sodio sono
un tipico esempio di
aerosol secondario.
* Dipartimento di Fisica,
Universita’ di Lecce
**Dipartimento di Scienza dei
Materiali, Universita’ di Lecce
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