Sebbene esistano problemi molto importanti che pesano sul futuro dell'umanità,
l'inquinamento è tra quelli che suscita un interesse maggiore. Perchè le
persone realizzano che l'inquinamento ambientale ha un impatto diretto
sulla loro salute, sulla qualità del cibo e dell'acqua, sul degrado del
patrimonio edilizio ed artistico.
In realtà l'inquinamento ha un effetto diffuso su tutto l'ecosistema terrestre,
di cui noi siamo parte integrante e dal quale dipendiamo nè più nè meno
come tutte le altre specie che vivono sul pianeta.
I costi e gli effetti dell'inquinamento in termini di degrado delle
risorse, di perdita di produttività degli ecosistemi marini e terrestri,
di bonifica e ripristino degli habitat contaminati stanno aumentando
rapidamente e, di conseguenza, è aumentata anche l'attenzione alle
problematiche ambientali del mondo politico ed economico.
I fenomeni d'inquinamento hanno alcune caratteristiche che li accomunano:
tutti coinvolgono sempre:
- l'inquinante
- la sorgente dell'inquinante
- uno o più mezzi (aria, suolo, acqua) attraverso cui viene trasportato l'inquinante
- uno o più bersagli (target) sui quali si manifestano gli effetti
dannosi dell'inquinate (organismi, ecosistemi etc).
Questo semplice modello (Holdgate, 1979) può essere integrato da fattori
ulteriori, come: il tasso di emissione dell'inquinante, il tasso di trasporto,
eventuali trasformazioni fisiche e chimiche cui l'inquinante va soggetto
durante il trasporto o dopo aver raggiunto il suo bersaglio, il suo destino
quando si trova all'interno del target e la stima quantitativa degli effetti
che ha su du esso
Le sorgenti di inquinanti possono essere sia puntiformi e discrete che
non-puntiformi e diffuse. Tra le più comuni ricordiamo i siti di accumulo
dei rifiuti solidi urbani (discariche), industriali e tossici (puntiformi e
discrete); i liquami provenienti dall'allevamento del bestiame (non-puntiformi e
diffuse); la rete di produzione e distribuzione del gas; le industrie
petrolchimiche; le miniere e i siti di storaggio del carbone; centrali
termoelettriche; le miniere di ferro, rame ed altri metalli e i siti di accumulo
dei minerali accessori (ganga); le fonderie e le industrie metalliche manufatturiere;
le industrie chimiche, le industrie ceramiche e del vetro; le industrie tessili; le centrali termonucleari
e i siti di storaggio dei residui radioattivi di varia origine.
Gli inquinanti hanno alcune proprietà intrinseche che ne derminano gli effetti una volta introdotti
nell'ambiente. Holdgate (1979) divide queste caratteristiche in due tipologie. Nella prima è l'effetto
che determina proprietà dell'inquinante, come la tossicità per gli organismi o la corrosività nei confronti
di particolari materiali. Nella seconda è il comportamento a definire le proprietà dell'inquinante, in
particolare la distanza e il tasso di dispersione nell'ambiente. Altre proprietà di cui si dovrebbe
tenere conto sono: la tossicità a breve e lungo termine; la persistenza (vita media) nell'ambiente;
le caratteristiche di dispersione della sostanza; le reazioni chimiche cui l'inquinante può andare soggetto
inclusa la sua decomposiszione; la tendenza dell'inquinante ad accumularsi nella catena alimentare; le difficoltà
del controllo dell'inquinante.
Lo smog è un miscuglio di fumo e nebbia contenente anche SO2 nei
casi in cui i fumi derivino dalla combustione di idrocarburi pesanti,
carbone, legna, rifiuti solidi urbani o biomassa di altra origine.
Il fumo è fromato da particelle carboniose e ceneri prodotte dalla combustione
parziale di sostanze organiche, che avviene soprattutto in condizioni di bassa
disponibilità di ossigeno. In questo caso il rapporto CO2/CO
è tipicamente piuttosto basso.
Le particelle di fumo e di fuligine possono adsorbire sulla propria superficie
(catturare) anche molecole di inquinanti secondari, principalmente
PHA e PAN, estremamente tossici per gli organismi.
Ci sono fenomeni atmosferici che facilitano l'accumulo di smog non permettendo
all'aria inquinata (più calda) di risalire verso l'alto diluendosi con aria
non inquinata. Nel dicembre del 1952, a Londra, una inversione termica favorì l'accumulo
di una nuvola di smog e di anidride solforica che provocò 4500 decessi e
migliaia di intossicati. Fu in seguito a questo episodio che il governo inglese varò
il Clean Clear Act nel 1956.
Una direttiva più recente (80/779/EEC) fissa a 80 Zg
per ora i valori massimi di fumo per le aree urbane e industriali (130 Zg
per ora d'inverno e 250Zg
per ora il limite massimo): a Londra, nel 1952, si registrarono valori di
6000 e di 4000 Zg
per ora rispettivamente per il fumo e per l'anidride solforica!
Lo smog tende a concentrarsi anche nelle abitazioni: in quelle dei paesi
industrializzati essa è in media di circa 150 Zg
per ora, ma in molti paesi in via di sviluppo, in cui è ancora diffuso l'uso
legna, carbone ed escrementi essiccati di animali, essa può superare i
14.000 Zg
per ora.
Gli idrocarburi incombusti liberati nell'ambiente vanno spesso incontro
a reazioni chimiche che li trasformano in inquinanti secondari particolarmente
nocivi.
Prenderemo in considerazione qualcuno di questi inquinanti secondari, descrivendo
i meccanismi che ne determinano la formazione.
Gli ossidi di azoto (NOx) rappresentano uno dei prodotti della
combustione degli idrocarburi nei motori degli autoveicoli.
Nelle prime ore della mattina, quando il traffico è più intenso, il
monossido e il biossido di azoto (rispettivamente NO e NO2) si
accumulano nell'aria: nelle ore centrali della giornata, quando maggiore
è la quantità di radiazioni luminose nella banda del blu (intorno ai 400 nm),
questi ossidi di azoto vanno soggetti a fotolisi e, soprattutto se la loro
concentrazione è elevata, si ha la seguente reazione:
(1) NO2 + luce (400nm) => NO + O.
In cui O. sono radicali ossigeno che tendono ad accumularsi.
Nelle zone ricche di vegetazione e quindi di O2, i radicali ossigeno
reagiscono con l'ossigeno molecolare producendo ozono (O3):
(2) O. + O2 => O3
L'ozono è un inquinante tossico, con effetti irritanti sulle mucose, in
particolare degli occhi e delle alte vie respiratorie. Esso tende ad accumularsi
particolarmente nella stagione estiva, durante le ore centrali della giornata, nelle
aree verdi limitrofe a zone trafficate.
L'aria inquinata è ricca anche di radicali ossidrilici (OH.):
quando i radicali ossidrilici reagiscono con un altro comune prodotto della
combustione dei carburanti, il metano (CH3), si ha la
reazione:
(1) OH. + CH4 => CH3. + H2O
Lo CH3. è un radicale metilico: esso può reagire con
l'ossigeno (O2) trasformandosi in un radicale metilperossido
(CH3O2.); quest'ultimo reagisce
a sua volta col monossido d'azoto (NO) abbondantemente presente nell'aria inquinata,
producendo metossiradicali (CH3O.) e
biossido di azoto (NO2); a questo punto il metossiradicale cede
un radicale idrogeno (H.) ad un accettore trasformandosi in
formaldeide (CH2O)
La formaldeide è un altro inquinante secondario presente nello smog fotochimico
urbano: è un composto fortemente volatile che ha un effetto fortemente irritante
per gli occhi.
Se le reazioni descritte sopra coinvolgono alcani con catena più lunga
del metano come l'etano ((C2H6), invece della formaldeide
si forma l'acetaldeide che reagisce col solito idrossiradicale per dare un
acetilradicale:
(1) CH3O2 + OH. => CH3O. + acqua
L'acetilradicale reagisce con l'ossigeno per dare un acetolperossiradicale che,
a sua volta, reagendo con una molecola di NO2 genera il PAN (MeCNO4)
In natura, la concentrazione atmosferica di PAN è mediamente inferiore a 1ppb (parte per miliardo=;
ma nelle citta, dove l'aria è più inquinata, la sua concentrazione oscilla tra 10 ppb e
50 ppb. Si tratta di un composto fortemente fitotossico, che inibisce
la fotosintesi e danneggia gravemente le foglie.
Quando il benzene (C6H6), un idrocarburo aromatico presente nello smog
primari, reagisce con i radicali ossidrilici presenti nell'aria inquinata,
esso si trasforma in un fenilradicale (C6H6.).
Dalla reazione del perossifenilradicale con l'ossigeno produce un perossifenilradicale
(C6H6O2.) il quale
reagisce a sua volta con una molecola di monossido di azoto (NO) trasformandosi in
un ossifenolradicale (C6H6O.). L'ossifenolradicale
acquista un idrogeno da un qualsiasi donatore trasformandosi in un fenolo
(C6H6-OH).
I fenoli hanno effetti tossici e sono fortemente acidificanti come l'acido nitrico e solforico.
Se la sequenza di reazioni sopra descritte, inveci di interessare il benzene
coinvolge il metilbenzene (CH3-C6H6), si
produce benzaldeide, un altro componente molto tossico dello smog secondario.
Sono molecole composte da più anelli benzenici fusi assieme. I più tossici
appartengono al gruppo dei benzopireni, costituiti da 5 anelli benzenici.
Tra i benzopireni più pericolosi c'è l'alfa-benzopirene il cui livello
di carcinogenicità è tra i più alti conosciuti.
I PAH possono entrare nell'organismo in vari modi: attraverso le vie respiratorie,
attraverso l'acqua potabile e anche attraverso il cibo. Le carni e il pane
arrostiti sulla brace di carbonella (Zg/kg,
la margarina (1-36 Zg/Kg),
il caffè tostato (1-13 Zg/Kg),
il pane tostato (0,5 Zg/Kg)
e la lattuga (3-12 Zg/Kg)
possono contenere livelli relativamente alti di PAH.
La soglia accettata per i PAH è pari a 1,2 Zg/m3
di volume di sostanza contaminata (aria, acqua, suolo).
L'alfa-benzopirene si forma anche per pirolisi, in particolare nei motori
diesel, per combustione del gasolio o della benzina; la reazione è favorita da
basse concentrazioni di ossigeno.