Mobilità e inquinamenti atmosferici: analisi degli effetti dei blocchi del traffico nella Regione Lombardia

Capitolo 1 – L’INQUINAMENTO ATMOSFERICO, ORIGINI E CAUSE 
 3
può essere presente sia allo stato liquido, sia allo stato solido in minuscoli 
cristalli di ghiaccio, sia allo stato gassoso sotto forma di vapore acqueo. 
La seguente tabella illustra la composizione normale dell’aria atmosferica; la 
sigla ppm indica le parti per milione. 
 
Componente Formula % in volume 
Azoto N
2
 78,09
Ossigeno O
2
20,95 
Argon Ar 0,93
Anidride carbonica CO
2
 0,033 
Neon Ne 18 ppm
Elio He 5,2 ppm
Metano CH
4
 1,5 ppm
Kripto Kr 1,1 ppm
Idrogeno H
2
 0,5 ppm
Xenon Xe 0,087 ppm
Ozono O
3
 0,01 ppm
Biossido di azoto NO
2
0,001 ppm 
Biossido di zolfo SO
2
 0,0002 ppm
Monossido di azoto NO 0,0002 ppm 
Acido solfidrico H
2
S 0,0002 ppm
Monossido di carbonio CO Tracce 
Tabella 1: Composizione dell’aria secca a livello del mare, temperatura di 0°C e 
pressione di 760 mmHg 
 
1.2 L’aria inquinata 
 
La composizione chimica dell’aria può subire localmente modificazioni anche 
molto sensibili, in conseguenza a eventi naturali, come eruzioni vulcaniche o 
vasti incendi, oppure in seguito ad attività umane come i processi industriali e 
il traffico autoveicolare. 
Nel caso di fenomeni naturali, le sostanze emesse interessano una vasta scala 
e un limitato lasso di tempo, quindi si disperdono facilmente nell’aria e vanno 
incontro a processi spontanei volti a ripristinare lo stato originario.  
Al contrario, nel caso di fenomeni inquinanti dovuti all’intervento dell’uomo, le 
emissioni tendono a essere persistenti nel tempo e nello spazio; pensiamo ad 
esempio a un impianto industriale costantemente in funzione o a una via 
trafficata di un centro urbano: in queste condizioni la natura non è in grado di 
Capitolo 1 – L’INQUINAMENTO ATMOSFERICO, ORIGINI E CAUSE 
 4
ristabilire le condizioni normali e di conseguenza le sostanze inquinanti, 
concentrate in un volume d’aria limitato, portano a significative variazioni dello 
stato dell’aria atmosferica e determinano ciò che chiamiamo inquinamento 
atmosferico.  
A livello legislativo, l’inquinamento atmosferico è definito dal D.P.R. n. 203 del 
1988 come “ogni modificazione della normale composizione o stato fisico 
dell'aria atmosferica, dovuta alla presenza nella stessa di uno o più sostanze in 
quantità e con caratteristiche tali da alterare le normali condizioni ambientali e 
di salubrità dell'aria; da costituire pericolo ovvero pregiudizio diretto o 
indiretto per la salute dell'uomo; da compromettere le attività ricreative e gli 
altri usi legittimi dell'ambiente; alterare le risorse biologiche e gli ecosistemi 
ed i beni materiali pubblici e privati.” 
L’aria inquinata è un composto molto instabile sia chimicamente che 
fisicamente, in quanto contiene sostanze che possono muoversi nello spazio, 
passando da una zona all’altra, e variare nel tempo, mutando i livelli di 
concentrazione e combinandosi tra loro per dare origine ad altri composti. 
 
1.3 Gli agenti inquinanti 
 
Le sostanze responsabili della contaminazione dell’aria sono numerose ed 
estremamente diversificate tra loro, sia a livello delle caratteristiche chimico-
fisiche sia a livello degli effetti nocivi procurati all’ambiente e alla salute 
umana. 
 
In base alle loro caratteristiche fisiche possono essere classificati in inquinanti 
gassosi, tra i quali troviamo la maggioranza delle sostanze contaminanti, e 
inquinanti corpuscolati; questi ultimi possono ulteriormente essere suddivisi in 
aerosol e polveri sedimentabili: a differenza delle polveri, gli aerosol non 
tendono a depositarsi a causa della minuscola massa delle particelle che li 
compongono.   
Inoltre, a seconda della loro origine, le sostanze inquinanti possono essere 
suddivise in: 
- inquinanti primari, che vengono immessi direttamente nell’atmosfera da fonti 
identificabili, a causa di attività umane o fenomeni naturali; tra essi troviamo il 
monossido di carbonio (CO), il monossido d’azoto (NO), il biossido di zolfo 
(SO
2
), il piombo (Pb), il benzene (C
6
H
6
) 
Capitolo 1 – L’INQUINAMENTO ATMOSFERICO, ORIGINI E CAUSE 
 5
- inquinanti secondari, che si formano per combinazione di sostanze diverse o 
per reazioni chimiche e fisiche degli inquinanti primari; tra questi sono 
compresi il biossido d’azoto (NO
2
) e l’ozono (O
3
) 
 
1.3.1 Monossido di carbonio (CO) 
 
Il monossido di carbonio (CO) è il principale inquinante prodotto dall’attività 
umana; esso è prodotto durante le combustioni che avvengono in difetto 
d’aria, come quelle che hanno effetto nei motori a scoppio degli autoveicoli. 
Infatti, la sua immissione nell’aria atmosferica è dovuta quasi esclusivamente 
al traffico autoveicolare e di conseguenza i livelli più alti di questo inquinante si 
registrano nei centri urbani. 
Un’altra quota di CO deriva dall’ossidazione atmosferica del metano e di altri 
idrocarburi, da emissioni di oceani, da incendi, da acqua piovana e da 
tempeste elettriche. 
Il monossido di carbonio è un gas incolore, inodore, insapore, infiammabile, 
non irritante ma molto tossico, che può avere effetti letali sull’uomo. 
Poiché ha un tempo di residenza medio piuttosto alto (circa 4 mesi), si presta 
per essere adottato come tracciante dell’andamento temporale degli inquinanti 
primari a livello del suolo. Mentre nell’emisfero nordico la concentrazione 
media di CO nell’aria oscilla tra  0,06 e 0,4 ppm, nelle città italiane si ha una 
media annuale di 1-4 ppm; non sono rare medie di 30-40 ppm nei grandi 
centri urbani e si sono registrati addirittura valori di 150-200 ppm, anche se 
per pochi secondi e in zone fortemente condizionate da barriere architettoniche 
che impediscono la libera circolazione dell’aria (sottopassi e gallerie). 
A livello individuale, l’assunzione di CO avviene anche a causa del fumo di 
tabacco: il suo contenuto può arrivare a 700-800 ppm e di conseguenza il 
livello di carbossiemoglobina (formata dal CO e dall’emoglobina del sangue) in 
un fumatore può raggiungere il 7%, contro un tasso dello 0,5% in un individuo 
non fumatore che vive in un’aria pulita.  
 
1.3.2 Ossidi di zolfo (SO
x
) 
 
Gli ossidi di zolfo si originano principalmente durante i processi di combustione 
delle sostanze che contengono questo elemento; in natura vengono emessi nel 
corso di eruzioni vulcaniche e dalla schiuma marina degli oceani.  
Capitolo 1 – L’INQUINAMENTO ATMOSFERICO, ORIGINI E CAUSE 
 6
Dalla combustione dei prodotti contenenti zolfo si sviluppano l’anidride 
solforosa (SO
2
) e anidride solforica (SO
3
) in seguito alle seguenti reazioni: 
S + O
2
 µ SO
2
 
2SO
2
 + O
2
 µ 2SO
3
 
L’anidride solforosa (SO
2
) è un gas incolore, dall’odore pungente, irritante, non 
infiammabile, altamente solubile in acqua. 
Il suo tempo di residenza è mediamente di 5 giorni: la sua presenza 
nell’atmosfera è dunque relativamente breve poiché le precipitazioni la 
rimuovono in buona parte e perché può ossidarsi dando origine all’anidride 
solforica (SO
3
) e in seguito, per idrolisi, dare origine ad acido solforico 
(H
2
SO
4
), uno dei responsabili del fenomeno delle piogge acide: 
SO
3
 + H
2
O → H
2
SO
4
 
Questa reazione è favorita da alti tassi di umidità nell’aria, dalle radiazioni 
solari e dalla presenza di polveri sospese che fungono da sostanze 
catalizzatrici. 
Le piccolissime quantità di anidride solforosa normalmente presenti 
nell’atmosfera, che oscillano tra 0,002 e 0,008 ppm, derivano da attività 
microbiche o in seguito a emissioni vulcaniche; le sorgenti principali sono 
quindi da ricercarsi tra le attività umane: in primo luogo le centrali 
termoelettriche, poi gli impianti industriali (raffinerie e fonderie), gli impianti 
termici con alimentazione diversa dal gas naturale, gli autoveicoli diesel.  
Nei centri urbani la fonte principale di anidride solforosa è il riscaldamento 
domestico: per questo i tassi di SO
2
 dipendono molto dal periodo dell’anno e 
dalla rigidità del clima; nell’aria vengono immessi annualmente 130 milioni di 
tonnellate di SO
2
, di cui oltre il 70% proviene da impianti fissi. 
 
1.3.3 Ossidi di azoto (NO
x
)  
 
Con NOx; si indicano i diversi composti dell’azoto che si formano 
principalmente nella combustione ad alta temperatura e rappresentano il 
sottoprodotto tipico degli scarichi dei motori a combustione interna (sia a 
scoppio che diesel) e dei processi industriali. 
Tra gli ossidi rivestono particolare importanza il monossido di azoto (NO) e il 
biossido (NO
2
). 
 
 
Capitolo 1 – L’INQUINAMENTO ATMOSFERICO, ORIGINI E CAUSE 
 7
Nome composto Formula 
Monossido di azoto NO 
Biossido di azoto NO
2
 
Monossido di diazoto N
2
O 
Triossido di diazoto (anidride nitrosa)  N
2
O
3
 
Tetrossido di diazoto  N
2
O
4
 
Pentossido di diazoto (anidride nitrica) N
2
O
5
 
Tabella 2: Composti degli ossidi di azoto 
 
Il monossido si forma nei processi di combustione in presenza di aria e ad alte 
temperature, è un gas incolore e inodore, la sua tossicità è limitata ma la sua 
presenza può comportare la successiva formazione di biossido d’azoto. 
Quest’ultimo è un inquinante secondario che si forma per ossidazione del 
monossido ed è particolarmente nocivo poiché è un gas tossico, altamente 
corrosivo; è caratterizzato da un colore brunastro e da un odore pungente e 
può penetrare nelle più sottili ramificazioni dell’apparato respiratorio.  
In presenza di alte temperature (superiori a 1210 °C), le reazioni che portano 
alla formazione degli ossidi di azoto sono le seguenti: 
N
2 
+ O
2 
→ 2NO (monossido di azoto) 
2NO + O
2 
→ 2NO
2 
(biossido di azoto) 
Le principali fonti di questi inquinanti sono da ricercare nel traffico veicolare (si 
calcola che nelle città europee l’80-95% di ossidi di azoto sia causato dal 
traffico) e in misura minore negli impianti di riscaldamento.  
La pericolosità degli ossidi di azoto e in particolare del biossido, è legata al 
ruolo che essi svolgono nella formazione dello smog fotochimico; inoltre 
reagendo con l’acqua possono originare acido nitrico, responsabile con l’acido 
solforico del fenomeno delle piogge acide.  
 
1.3.4 Polveri sospese (PTS)  
 
Il materiale particolato è costituito da tutte le particelle solide e liquide, ad 
eccezione dell’acqua pura, con dimensioni microscopiche; il diametro della 
particelle può variare tra 0,1nm e 100 µm, anche se la porzione sospesa ha in 
genere dimensioni inferiori ai 40 µm. Poiché si tratta di misure estremamente 
contenute, per avere un termine di paragone si consideri che un capello umano 
ha un diametro medio di 50 µm. (fonte: Esemir) 
Capitolo 1 – L’INQUINAMENTO ATMOSFERICO, ORIGINI E CAUSE 
 8
Il materiale particolato è l’unico inquinante atmosferico che non viene definito 
attraverso la sua composizione chimica, dato che il termine “polveri totali 
sospese”, indicato anche come PTS o “particolato aerodisperso”, comprende 
un’ampia gamma di sostanze di diversa natura e dimensione, allo stato solido 
o liquido, disperse nell’aria atmosferica; in questo gruppo rientrano sabbie, 
sostanze silicee di varia natura, composti organici, sostanze vegetali, pollini, 
composti metallici, fuliggine, eccetera. 
La loro origine è da ricercare sia nelle attività umane (traffico motorizzato, 
emissioni industriali, impianti di riscaldamento), sia nell’ambiente e nei 
fenomeni naturali; inoltre si può distinguere tra particolato primario, emesso 
direttamente nell’atmosfera, o secondario, derivante da successive reazioni 
fisiche e chimiche, come illustrato nelle tabelle seguenti. Le principali sostanze 
coinvolte nella formazione del particolato secondario sono il biossido di zolfo 
(SO
2
), gli ossidi di azoto (NO
x
), i composti organici volatili (COV), l’ammoniaca 
(NH
3
).  
Si nota che il particolato grossolano ha solamente origine primaria.  
 
 Particolato fine primario Particolato fine secondario 
Sorgenti antropiche - Uso di combustibili fossili  
- Emissioni di autoveicoli 
- Polveri volatili 
- Usura di pneumatici e  freni 
- Ossidazione di SO
2
 
- Ossidazione di NO
x
 
- Emissione di NH
3 
da 
agricoltura e allevamento 
- Ossidazione di idrocarburi 
emessi dagli autoveicoli 
Sorgenti naturali - Spray marino 
- Erosione di rocce 
- Incendi boschivi 
- Ossidazione di SO
2
 e H
2
S 
emessi da incendi e vulcani 
- Ossidazione di NO
x 
prodotto 
da suolo e luce 
- Emissione di NH
3
 da  animali 
selvatici 
- Ossidazione di idrocarburi 
emessi dalla vegetazione 
Tabella 3: Sorgenti di particolato fine (fonte: Ministero dell'Ambiente) 
 
 
 
 
 
Capitolo 1 – L’INQUINAMENTO ATMOSFERICO, ORIGINI E CAUSE 
 9
 Particolato grossolano primario 
Sorgenti antropiche - Polveri volatili da agricoltura 
- Spargimento di sale 
- Usura dell’asfalto 
Sorgenti naturali - Erosione di rocce 
- Spray marino 
- Frammenti di piante e insetti 
Tabella 4: Sorgenti di particolato grossolano (fonte: Ministero dell'Ambiente) 
 
Per esprimere la dimensione delle particelle si ricorre ad un unico parametro 
dimensionale, il diametro aerodinamico equivalente (d
ae
) che rappresenta il 
diametro di una particella sferica avente densità unitaria e con comportamento 
aerodinamico uguale (es. stessa velocità di sedimentazione) alla particella 
considerata.  
Come detto, il d
ae
 può variare tra 0,1nm (aggregati di poche molecole) e 
100µm (particelle giganti). Particelle con dimensioni superiori a 100µm sono 
rare in atmosfera poiché la loro massa è tale da farle depositare rapidamente 
al suolo; l’efficienza di un campionatore è praticamente nulla per tali 
dimensioni e, di conseguenza, esse vengono escluse dalla definizione di 
particolato.  
In seguito alle analisi sulla distribuzione del numero e della massa delle 
particelle sospese in funzione del loro diametro, sono state distinte tre 
categorie o “mode”: 
 
Moda dei nuclei di Aitken (d
ae
< 10
-1 
µm)  
Le particelle appartenenti a questa categoria derivano principalmente dalla 
condensazione dei vapori derivanti da processi di combustione ad alta 
temperatura e dall’unione di nuclei già presenti nell’aria; in atmosfera, le 
particelle cono soggette a rapidi movimenti casuali (moti browniani) e 
velocemente vanno incontro a processi di coagulazione, che spesso portano 
alla formazione di agglomerati di dimensioni maggiori. 
Il loro tempo di residenza in atmosfera è nell’ordine degli anni, cosicché il 
trasporto può avvenire anche per migliaia di chilometri. Possono essere 
presenti in elevate concentrazioni anche maggiori a 10
4
/cm
3
 nelle aree urbane 
ed industriali e produrre, per questa ragione, una considerevole diminuzione 
della visibilità sotto forma di smog.   
Capitolo 1 – L’INQUINAMENTO ATMOSFERICO, ORIGINI E CAUSE 
 10
Questa frazione è quella maggiormente presente nell’aria se si considera il 
numero di particelle, tuttavia, il suo contributo alla massa e al volume totale 
del particolato è minimo, a causa della ridottissima dimensione delle particelle. 
 
Moda di accumulazione (10
-1 
µm < d
ae 
< 1µm)  
Questa moda presenta concentrazioni in atmosfera comprese tra 10 e 10
3
 
particelle per cm
3
 ed è originata dalla disgregazione chimico-fisica delle 
particelle grandi, dall’aggregazione e coagulazione di particelle della frazione 
più fine e dalla condensazione di vapore su nuclei di condensazione esistenti. 
La rimozione avviene ad opera dei processi di wash-out e rain-out, il tempo di 
permanenza in atmosfera di queste particelle è nell’ordine di settimane o di 
mesi e anch’esse possono percorrere distanze di centinaia di chilometri.  
 
Moda delle particelle giganti (1µm < d
ae 
< 10
3
µm)  
Sono originate principalmente da processi meccanici come l’erosione delle 
superfici da parte del vento, attività industriali, produzione di spray marino ed 
eruzioni vulcaniche. Appartengono a questa frazione anche le particelle 
organiche quali i pollini, spore e microrganismi.  
La loro concentrazione generalmente non supera le 10 particelle per cm
3
 e il 
tempo di permanenza in atmosfera può variare da qualche ora ad alcuni giorni, 
a causa dell’effetto della forza di gravità che tende a farle sedimentare e per 
effetto dei processi di wash-out e rain-out.  
Il loro contributo sulla concentrazione totale è relativamente basso in termini 
di quantità, ma è significativo sulla massa del particolato totale. 
 
La moda dei nuclei di Aitken è predominante se riferita al numero di particelle 
rispetto alle altre, mentre se si prendono in esame il volume o la massa, sono 
le particelle giganti ad avere la superiorità.  
Il volume delle particelle si calcola con la formula V=(π/6)•d
3
 quindi è evidente 
che le polveri di dimensioni maggiori hanno un ruolo importante nel 
determinare la concentrazione ponderale.  
 
Nelle figure seguenti è rappresentato un esempio della distribuzione in numero 
di particelle e in volume riguardante un campione di PTS prelevato a Milano il 
giorno 8 dicembre 1996 in Via Messina. Per questo campione si stima chele 
particelle con d
w
<10 µm contribuiscano alla massa totale per una quota del 
55%, sebbene rappresentino oltre il 99,8% del numero. La frazione di