Polveri e inquinamento atmosferico

Nota: si ricorda che le opinioni espresse in questo blog non sono da ascrivere alla SCI o alla redazione ma al solo autore del testo

 a cura di Luigi Campanella ex Presidente SCI

Considerazioni generali sulle polveri.

L’atmosfera è uno strato che difende la vita sulla terra assorbendo sia i raggi cosmici e i raggi UV ed eliminando il loro effetto sugli organismi terrestri sia i raggi emessi della terra durante la notte consentendole quindi di mantenere una temperatura stabile (intorno ai 10 – 20 °C) idonea allo sviluppo della vita. D’altra parte l’atmosfera serve anche come un “deposito” per molte sostanze di origine naturale ed antropica che si trovano allo stato di “vapore” o di “aerosol” e che hanno un effetto negativo sulla salute umana.

Il deposito secco ambientale è una fonte importante di informazione e di monitoraggio ed è una matrice essenziale per gli studi che sono legati ad essa. La caratterizzazione chimica dei composti nel deposito secco atmosferico è un dato essenziale per la valutazione della qualità dell’atmosfera e dei tipi di inquinamento dell’aria. Le particelle si formano dalla polverizzazione delle sostanze combustibili, dalla dissoluzione e lavorazione dei metalli, dal trasporto, dalle eruzioni vulcaniche, dalle polveri della terra, dagli aerosol di origine marina.

La classificazione del particolato in aria sulla base del diametro delle particelle si articola in:

  1. Sabbia: particelle grandi (diametro maggiore di 76μm) che cadono con l’accelerazione che deriva dalla forza di gravità, e si possono vedere.
  2. Fumo: particelle molto piccole (diametro minore di 1μm, (definizione IUPAC Gold Book) ) che si trovano nell’aria in forma di sospensione e si possono identificare tramite microscopio elettronico.
  3. Polveri: particelle piccole (diametro maggiore di 1μm e minore di 76μm) che possono restare sospese in aria e si possono identificare con microscopio normale.

polveri1bis_L.1183636919Le particelle nell’aria hanno una composizione chimica molto diversa, alla quale partecipano sali, ossidi, composti dell’azoto e dello zolfo ma anche i metalli. La composizione risultante dell’aria di un ambiente è una funzione meteorologica che dipende dal fattore di ventilazione (indice dello spessore dello strato di mescolamento, della velocità del vento e della densità dell’aria). Gli elementi più tipici nelle particelle per concentrazioni maggiori di 1mg/m3 sono Al, C, Na e Si, mentre a valori più bassi si trovano Cd, Co, Cr, Ni, Li, Mn, Sn. In generale il rapporto degli elementi nella composizione delle particelle in aria riflette il rapporto all’origine.

Negli ultimi anni lo studio degli aerosol atmosferici è molto avanzato per merito delle determinazioni sempre più affidabili della massa totale delle particelle e di quella dei vari composti in essi contenuti. È stato determinato che alcuni metalli tossici come As, Cd, Pb, Zn, Hg, Co, Cr, e i loro composti durante lo stato di sospensione in aria modificano leggermente le proprie dimensioni. Questo fatto rappresenta un evento di grande interesse per la salute umana, sia perché le particelle piccole (diametro aerodinamico più piccolo di 2.5μm) possono essere inalate sia perché esse persistono in atmosfera dove possono subire reazioni chimiche e trasportarsi a grandi distanze dalla loro fonte. La presenza di particolato nell’aria influenza molto la terra non solo per l’effetto inquinante ma anche per quello negativo sulla salute umana e per quello catalitico per molte reazioni chimiche indesiderabili che avvengono in atmosfera. D’altra parte, le particelle servono come punto di coagulo, una sorta di embrione per le condensazioni dei vapori atmosferici, il che è una strada naturale per rimuovere le polveri dall’atmosfera. Oggi più che mai lo studio dei composti nell’aria è di grande interesse sia per la determinazione del livello di inquinamento sia per l’eliminazione o la diminuzione del grado di pericolosità di questi inquinanti.

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Gli elementi in traccia più importanti nelle polveri che esistono sulla crosta terrestre sono: Fe, Mn, Zn, Pb, Cr, Ni, Cu, Co, Hg e Cd. La quantità di questi elementi varia da 0.2 mg/g per il Cd fino a 550 mg/g per il Mg.

Queste quantità cambiano molto riflettendo così i vari tipi di materiali esistenti sulla terra. Gli aerosoli oceanici contengono soltanto quantità in traccia di Fe, Mn, V, Pb e Zn, quantità che variano da 0.009mg/g di V fino a 5mg/g Fe.

Un’altra fonte naturale del particolato sono le piante: sono stati effettuati studi legati alla presenza di Zn e Hg nelle foglie di varie piante e inoltre è stato evidenziata anche la presenza di V, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, As, Pb, Cd e Sn negli alberi coniferi. Anche la lava dei vulcani contiene metalli quali: Fe, Mn, V, Zn, Co, As, Sn, Cd.

Come fonte antropica di particolato devono essere anche ricordate le centrali termiche, le cui ceneri contengono concentrazioni significative di Fe, Zn, Pb, V, Mn, Cr, Cu, Ni, As, Cd. Così anche i forni dell’industria pesante producono ceneri nelle quali sono stati ritrovati Fe, Zn e in piccole quantità Cr, Cu, Mn, Ni e Pb. Da questi studi è emerso che gli elementi più importanti sono legati alle particelle di dimensione maggiore.

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http://www.appa.provincia.tn.it/aria/qualita_aria_sezione/documentazione_divulgativa_aria/-Inquinanti_principali/pagina27.html

Un’altra fonte antropica di emissione dei metalli pesanti tossici è il traffico. Dalle analisi effettuale sui campioni di polvere di strada sono stati identificati elementi come: Pb, Ni, Zn e Cd i quali sono il risultato della emissione dai tubi di scarico delle automobili. Il Pb è stato a lungo un metallo presente a concentrazione molto alta in atmosfera come risultato dell’aggiunta di tetraalchile di Pb alle benzine, per l’innalzamento del loro numero di ottano. Il Ni si trova ai livelli di traccia nell’olio dei motori per autovetture; Zn e Cd si trovano invece come componenti degli accumulatori anche se a concentrazioni sempre più ridotte.

Le tecniche analitiche che si usano oggi, sono in grado di dare un’informazione non solo sulla concentrazione totale dei metalli, ma anche sulla composizione specifica cioè sulla natura delle varie specie presenti. Spesso in mancanza di queste informazioni viene accettato che molti elementi di origine antropica (in particolare da ceneri) si trovino presenti come ossidi. Le polveri emesse dai forni delle combustioni possono contenere elementi anche in forma di cloruro. Gli elementi legati in forma di polvere sulla crosta terrestre o nelle polverizzazioni meccaniche (le particelle più grandi) sono in genere in forma di solfito, silicato, carbonato e altri composti minerali. D’altra parte è stato verificato che alcuni metalli hanno un legame forte con il solfato nei campioni di polvere e che gli ossidi di Fe, Mn e Pb assorbono SO2. Se supponiamo che gli elementi come As, Cd, Mn, Pb, V e Zn siano volatili alle temperature alte che si producono durante la combustione delle sostanze infiammabili fossili e condensino uniformemente sulla superficie delle particelle delle polveri nell’aria dove la temperatura è minore di quella di combustione, si comprende come le fonti antropiche di emissione degli elementi in traccia siano considerate più importanti (dal punto di vista della tossicità) delle fonti naturali. Spesso può avvenire una coagulazione da cui deriva un’azione sinergica tra le particelle dell’ambiente (sia di origine naturale che antropica) e altri composti identificati come composti di As, Cu e Zn che si trovano in forma di strati agglomerati di argilla o minerali. Alcuni composti metallici presenti in traccia nella polvere di strada possono derivare dalle fonti antropiche o dalla crosta terrestre; sono stati trovati Pb, Zn e Cd aggregati come carbonati a ossidi di Fe e Mn. Invece il Cu è legato di solito con la fase organica e meno con quella carbonato. Queste “associazioni” influenzano sia gli spostamenti come anche la degradazione ambientale che ovviamente risente anche delle relative trasformazioni subite dalle particelle con il passare del tempo, fra le quali la solfatazione e la nitrazione degli ossidi metallici sono le più importanti.

polvere_03

Polvere. Fibre tessili. Il colore diverso di queste fibre testimonia la
loro origine da tessuti differenti. Campione colorato con eosina. 250 X.

si veda anche: http://www.funsci.com/fun3_it/polvere/polvere.htm

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E’ APERTA LA RACCOLTA DI FIRME PER LA PETIZIONE ALLA IUPAC per dare il nome Levio ad uno dei 4 nuovi elementi:FIRMATE!

https://www.change.org/p/international-union-of-pure-and-applied-chemistry-giving-name-levium-to-one-of-the-4-new-chemical-elements

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