Introduzione

Aerosol e particolato atmosferico*

Le particelle, sospese nell'aria, vengono definite anche con il termine aerosol che significa sostanza "disciolta nell'aria". Le particelle possono presentarsi sia allo stato solido che liquido mentre l'acqua non rientra in tale definizione.
 

La presenza di particelle è fondamentale non solo per il nostro ambiente ma anche per il nostro sistema climatico. Esse costituiscono i primi nuclei di condensazione per la formazione delle nubi. Inoltre determinano la visibilità dell'atmosfera e la trasparenza della luce e pertanto la radiazione solare e il bilancio termico del nostro pianeta.

1. Una tempesta di sabbia sopra Khartoum / Sudan. Le particelle atmosferiche possono provenire anche da numerose fonti naturali.
Foto: Vit Hassan (public)

Le particelle influiscono sulla nostra salute poichè le inaliamo respirando. Il loro impatto sulla salute, ad esempio in prossimità di strade molto trafficate, è stato studiato in modo approfondito. Oggi si ritiene che la loro presenza rivesta un'importanza maggiore rispetto a quanto si pensava in passato. Pertanto, è in atto un dibattito sui valori limite consentiti e per assicurare la sicurezza dei cittadini.

2. Foto a sinistra: immagine tomografica computerizzata dei polmoni. Fonte: Andreas Heinemann / Zeppelinzentrum Karlsruhe (licenza GNU, Wikipedia)

3. Molte particelle hanno diametro inferiore a 10 µm. Nell'immagine al microscopio elettronico si vede una particella di aerosol delle dimensioni di ca. 1 µm proveniente dal Mediterraneo; Immagine: Joachim Huth, MPI Mainz.
Clicca sull'immagine per ingrandirla!

La concentrazione nell'aria dei centri urbani

Secondo alcune stime delle Nazioni Unite relative al 2007, circa la metà della popolazione mondiale vive in centri urbani (3,3 su 6,6 miliardi di persone).
 
 

Dal 1950 la popolazione residente nei centri urbani è aumentata di circa il 30% sia in termini assoluti che relativi (0,77 su 2,56 miliardi di persone) e raggiungerà presumibilmente il 60% nel 2030. Nelle città il rischio di esposizione ai gas di scarico degli autoveicoli è maggiore rispetto alle aree rurali.

Tra i costituenti delle particelle figurano composti altamente tossici quali gli idrocarburi policiclici-aromatici o i metalli pesanti che in alcuni luoghi sono presenti ad alte concentrazioni e che sono emessi da fonti specifiche. Comunque, ozono, ossidi d'azoto e particelle sono presenti e si diffondono quasi ovunque. Gli amministratori hanno varato un gran numero di leggi e linee guida a livello locale, nazionale ed internazionale al fine di limitare l'emissione di agenti inquinanti e migliorare la qualità dell'aria. Tuttavia, soprattutto per quanto concerne le concentrazioni di particelle, tali misure hanno dato origine a numerose controversie e il mondo scientifico è stato invitato a dispensare i propri consigli.

Il problema dei valori limiti

Gli effetti nocivi sulla salute causati dalle particelle rappresentano un problema legislativo soprattutto per due motivi:
1) quanto più sottili sono le particelle tanto è maggiore la penetrazione nei bronchi e negli alveoli polmonari. Le particelle più fini costituiscono, pertanto, un rischio maggiore per la nostra salute anche se raramente si aggiungono alla massa totale delle particelle.
2) la reale pericolosità delle particelle è in stretta relazione alla loro composizione chimica.
 

Le leggi per il controllo della qualità dell'aria prevedono che venga fissata una soglia massima di valori che non può essere oltrepassata. Se da un lato è possibile misurare abbastanza facilmente la massa delle particelle, dall'altro appare del tutto privo di senso stabilire qual'è la massa totale di particelle per metro cubo d'aria che non deve essere superata. Le particelle fini possono avere una massa milioni o anche miliardi di volte inferiore alle particelle di dimensioni più grandi, pur tuttavia costituiscono un pericolo maggiore per la nostra salute rispetto alle particelle più grandi. Per valutare efficacemente i reali rischi per la salute sarebbe necessario eseguire un'analisi della composizione chimica delle particelle che risulta, tuttavia, un'operazione estremamente complessa da eseguire nell'ambito delle misure di routine effettuate dalle centraline per il controllo della qualità dell'aria. Non siamo in grado, pertanto, di distinguere le particelle pericolose da quelle innocue di dimensioni simili.

Nell'ambito dell'Unione Europea, già a partire dal 2005, sono in vigore alcune linee guida particolarmente rigorose sul "particolato inalabile" particolarmente rigorose. In molti centri urbani i valori limite medi giornalieri, corrispondenti a 50 µg/m³ (PM 10), vengono superati troppo frequentemente, ossia più di 35 volte in un anno.
 
 

Poichè L'UE impone dei limiti relativamente alle particelle con dimensioni fino a 10 micron, le particelle più grandi risultano escluse automaticamente. Tuttavia non è possibile valutare i rischi per la salute dovuti al superamento di tali limiti.  

Le cartine geografiche riportate di seguito mostrano i valori tipici rilevati in Germania (media giornaliera) illustrando anche i cambiamenti che si verificano da un giorno all'altro. I valori indicati con il blu si trovano al di sotto del limite di 50 µg/m³, mentre quelli gialli e rossi sono al di sopra.

I valori riportati di seguito, relativi al periodo successivo al 15-12-2006, dimostrano che il PM 10 può spesso raggiungere livelli di concentrazione elevati non solo nei centri urbani, ma anche nelle aree rurali.
 

Questi due fatti sono rilevanti non solo per la ricerca, la salute e la definizione dei valori limite ma anche per gli effetti che le particelle possono avere sul clima locale e globale. Pertanto è molto importante conoscere perfettamente la provenienza, il comportamento in atmosfera e la composizione delle particelle nonchè le eventuali influenze a cui sono sottoposte. Non solo in questo numero ma anche nei numeri successivi di questa rivista, tenteremo di illustrare passo dopo passo, tutti gli aspetti fondamentali.

* Il particolato è più noto con l'abbreviazione PM. In campo scientifico e nell'ambito dell'informazione pubblica, di norma, vengono analizzate diverse frazioni dimensionali:
PM 10 = "particelle grossolane inalabili" dal diametro inferiore a 10 µm ma superiore a 2.5 µm.
PM 2.5 = "particelle fini" dal diametro inferiore a 2.5 µm
( Definizione tratte da US Env. Protection Agency)

Per "particelle inalabili" si intendono generalmente particelle inferiori a 10 µm.