2. LE POLVERI ATMOSFERICHE

CAPITOLO 2 LE POLVERI ATMOSFERICHE

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2. LE POLVERI ATMOSFERICHE

2.1 Caratteristiche generali delle polveri atmosferiche

Le polveri atmosferiche (o materiale particellare) costituiscono una miscela molto eterogenea di particelle, solide e liquide, di varie caratteristiche dimensionali, composizione chimica o origine; vengono definite con svariati termini, ma generalmente i più usati sono: PTS (Polveri Totali Sospese) ossia TSP (Total Sospended Particles) e PM (Particulate Matter, Materiale Particolato)

. Le particelle hanno un diametro compreso tra 0,005 µm e 50- 100 µm (lo spessore di un capello umano è di 100 µm!) e proprio a causa delle ridotte dimensioni restano in sospensione nell’aria; tuttavia come tutti i corpi che salgono in alto, successivamente ricadono al suolo per effetto della gravità.

Esistono diversi meccanismi di deposizione e vari fattori che devono essere considerati; il tempo di permanenza nell’aria, ad esempio, dipende soprattutto dalle dimensioni (le particelle più piccole possono rimanere in sospensione anche per lunghi periodi, mentre quelle più grandi generalmente raggiungono il suolo in tempi piuttosto brevi, causando fenomeni di inquinamento su scala molto ristretta), oltre che dalle caratteristiche del terreno (rugosità, orografia, ecc.), dei venti e delle precipitazioni. L’aria inoltre esercita un effetto ritardante, con una forza diretta verso l’alto, proporzionale alla velocità di caduta e al raggio delle particelle. Alla fine gli urti casuali e la reciproca attrazione fanno ingrossare le stesse al punto da far loro raggiungere una velocità sufficiente a farle depositare al suolo. Oltre a questo meccanismo (di deposizione a secco) l’eliminazione dall’atmosfera avviene anche (e soprattutto) per effetto delle precipitazioni (deposizione a umido).

Le particelle si possono classificare in primarie, se sono originate per emissione diretta (cioè emesse come tali dalle sorgenti) e secondarie, se formate in seguito a una serie di reazioni chimiche e fisiche in atmosfera (generalmente di composti chimici quali ossidi di azoto, ossidi di zolfo, ammoniaca e composti organici).

Le fonti del particolato atmosferico possono essere sia di origine

antropica che di tipo naturale. Quelle di origine antropica sono riconducibili

principalmente ai processi di combustione, in particolare da emissioni da traffico

veicolare, utilizzo di combustibili (quali carbone, oli, legno, rifiuti, rifiuti agricoli,

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- 8 - etc.), emissioni industriali (cementifici, fonderie, miniere, etc.), attività agricole.

Le fonti naturali sono costituiti essenzialmente da aerosol marino, particelle di suolo sollevate e trasportate dal vento, aerosol biogenico, incendi boschivi, emissioni vulcaniche, etc. Sia le fonti antropiche che quelle naturali possono dar luogo a particolato primario o secondario. Le sostanze costituenti, in relazione all’origine del particolato, possono variare in un ampia gamma di tipologie (sabbie, ceneri, polveri, fuliggine, sostanze silicee di varia natura, sostanze vegetali, composti metallici, fibre tessili naturali e artificiali, sali, etc.) e di composti/elementi chimici (tra i principali si possono annoverare elementi quali carbonio, piombo, nichel, nitrati, solfati, composti organici).

Per quanto riguarda le aree urbane, le cause principali delle alte concentrazioni di polveri sono dovute in gran parte alla crescente intensità di traffico veicolare, in particolare dei motori diesel e dei ciclomotori. Una percentuale minore è legata all’usura degli pneumatici e dei corpi frenanti delle auto. Un ulteriore elemento che contribuisce alle alte concentrazioni di polveri è connesso anche al risollevamento delle frazioni depositate per cause naturali o legate allo stesso traffico.

Esistono vari modi per classificare il particolato atmosferico e tra questi i più usati sono basati su:

Distribuzione dimensionale

Taglio

Dosimetria

La classificazione basata sulla dimensioni delle particelle distingue tre

“modi” diversi di distribuzione (distribuzione trimodale):

1. il modo più piccolo corrisponde alle particelle di dimensioni inferiori a 0,1 µm (“modo di nucleazione”); questo tipo di particelle derivano principalmente da combustioni e trasformazione gas-particella;

2. il modo centrale comprende le particelle di dimensioni comprese nell’intervallo 0,1-1 µm (modo di accumulazione), derivanti soprattutto da processi di coagulazione di particelle più piccole;

3. il modo più grande corrisponde a particelle con diametro compreso tra 2 e 100 µm

.

1

A causa della irregolarità geometrica delle particelle reali, la loro dimensione viene

generalmente indicata come “diametro aerodinamico” che corrisponde al diametro di una

particella sferica, di densità unitaria, che ha lo stesso comportamento aerodinamico della

particella in esame.

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- 9 - Una caratterizzazione meno rigorosa classifica le particelle in frazione grossolana (diametro maggiore a 3 µm) e frazione fine (diametro inferiore a 3 µm).

La classificazione rispetto al taglio è basata sui sistemi di prelievo, definendo “PMx” la frazione di particelle prelevata attraverso un sistema di separazione inerziale la cui efficienza di campionamento, per la particelle con diametro minore di x micron, è uguale al 50 %.

Questa classificazione considera il PM2,5 come frazione fine e l'intervallo PM10 - PM2,5 come frazione grossolana.

L’ultima classificazione, basata sulla dosimetria, considera la capacità, da parte delle particelle, di penetrare nell'apparato respiratorio e suddivide il particolato in tre classi:

1. frazione inalabile (cioè che penetra nelle vie respiratorie);

2. frazione toracica (è la parte che raggiunge i polmoni);

3. frazione respirabile (raggiunge gli alveoli polmonari).

In questa classificazione la frazione toracica corrisponde al PM10, quella respirabile alla frazione PM 2,5.

La tabella 2.1.1 mostra le sorgenti, antropiche e naturali, di particolato primario e secondario, fine o grossolano. La frazione fine può essere costituita da particolato sia di origine antropica che di origine naturale, primario o secondario. Il particolato grossolano, derivante da fonte antropica o naturale, è tutto primario.

Sorgenti antropiche Sorgenti naturali

Primario Secondario Primario Secondario

Uso di combustibili

fossili Ossidazione di SO

Spray marino

Ossidazione di SO

e H

S emessi da incendi

e vulcani

Emissioni di autoveicoli Ossidazione di NOx Erosione di rocce

Ossidazione di NOx prodotto da suolo e

luce

Polveri volatili

Emissione di NH

da agricoltura e allevamento

Incendi boschivi

Ossidazione di idrocarburi emessi

dalla vegetazione (terpeni)

Usura di pneumatici e freni

Ossidazione di idrocarburi emessi

dagli autoveicoli

Ossidazione di idrocarburi emessi

dalla vegetazione (terpeni)

a) Sorgenti di particolato fine

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Sorgenti antropiche Sorgenti naturali

Primario Secondario Primario Secondario

Polveri volatili da

agricoltura Erosione rocce

Spargimento di sale Spray marino

Usura asfalto Frammenti di piante ed

insetti

b) Sorgenti di particolato grossolano

Tab.2.1.1- Sorgenti del particolato atmosferico (tratto da /4/)

Le figure seguenti rappresentano le immagini di un campione di materiale particolato osservate al microscopio elettronico a scansione. Con questo strumento è possibile ottenere informazioni utili relativamente alla frazioni di PM10 e PM2,5 (contate ed espresse come numero di particelle presente in un metro cubo d’aria), alla morfologia, composizione ed evoluzione nel tempo del particolato (in forma, dimensioni, e numero delle particelle). In particolare la figura 2.1.1 si riferisce alla frazione grossolana, mentre le figure 2.1.2 e 2.1.3 alla frazione PM2,5 (le figure sono state gentilmente concesse da ESEMIR SAS).

Fig. 2.1.1 - Immagine della frazione grossolana del materiale particolato