Air Air Pollution Pollution

and Healthand Health

P. Avino, L. Lepore, P. Quercia,P. Avino, L. Lepore, P. Quercia,M.V. Russo e V.I. ValenziM.V. Russo e V.I. Valenzi

Inquinamento Inquinamento AtmosfericoAtmosferico

• Valle della MosaValle della Mosa 19301930

• PensilvaniaPensilvania 19481948 (SO(SO22: 1,4-5,5 : 1,4-5,5 mg/mmg/m33))

• Londra (*)Londra (*) 19521952 (SO(SO22: 3,75 mg/m: 3,75 mg/m33))

(*) 4.000 decessi direttamente o indirettamente (*) 4.000 decessi direttamente o indirettamente correlati al fenomeno di inquinamentocorrelati al fenomeno di inquinamento

Sorgenti

AtmosferaTrasporto e

Trasformazione Chimiche

RicevitoriUomo, Piante, Animali, ecc.

Legame Causa-Legame Causa-EffettoEffetto

Fattori che Influenzano la Fattori che Influenzano la Massa delle Specie Massa delle Specie

InquinantiInquinanti• EmissioniEmissioni

• Trasformazioni chimico-fisicheTrasformazioni chimico-fisiche

• DeposizioniDeposizioni

EmissioniEmissioni ΦΦii(t) (t) flussi emissivi dovuti alle sorgentiflussi emissivi dovuti alle sorgenti

Trasformazioni chimico-fisicheTrasformazioni chimico-fisiche

ΣΣFFii processi di formazioneprocessi di formazione

ΣΣRRii processi di rimozione chimicaprocessi di rimozione chimica

DeposizioniDeposizioni DDSS perdite per deposizione delle perdite per deposizione delle superficisuperfici

Fattori che Influenzano il Fattori che Influenzano il Volume delle Specie Volume delle Specie

InquinantiInquinanti• Trasporto orizzontale delle masse d’aria (fenomeni Trasporto orizzontale delle masse d’aria (fenomeni

avvettivi)avvettivi)

• Rimescolamento verticale delle masse d’aria Rimescolamento verticale delle masse d’aria (fenomeni convettivi)(fenomeni convettivi)

Trasporto orizzontaleTrasporto orizzontale

AdAdνν parametro descrittivo dei processi di trasportoparametro descrittivo dei processi di trasporto

Rimescolamento verticaleRimescolamento verticale

αα parametro descrittivo delle condizioni di stabilità parametro descrittivo delle condizioni di stabilità dello strato superficialedello strato superficiale

ββ{C{Cii}} parametro descrittivo dei processi di parametro descrittivo dei processi di rimescolamentorimescolamento

LegislativaLegislativa SanitariaSanitaria Chimico-FisicaChimico-Fisica

Processo di analisi:Processo di analisi:

• causecause emissioniemissioni Naturali/AntropicheNaturali/Antropiche

• effettieffetti immissioniimmissioni

• legame tra causa ed effettilegame tra causa ed effetti

Emissioni: concentrazione degli inquinanti emessi direttamente dalle Emissioni: concentrazione degli inquinanti emessi direttamente dalle sorgenti.sorgenti.

Immissioni: concentrazione degli inquinanti al livello del suolo.Immissioni: concentrazione degli inquinanti al livello del suolo.

Indicazione sulle caratteristiche del legame cause/effetti:Indicazione sulle caratteristiche del legame cause/effetti:

• fortemente non linearefortemente non lineare

• dipendente da molteplici variabili in ingressodipendente da molteplici variabili in ingresso

• dipendente da molteplici fattori di influenzadipendente da molteplici fattori di influenza

Processo di sintesi: necessità di possedere strumenti in grado di descrivere il Processo di sintesi: necessità di possedere strumenti in grado di descrivere il legame cause-effettilegame cause-effetti

Problematiche Problematiche AperteAperte

Inquinamento daInquinamento daProcessi di CombustioneProcessi di Combustione

Composizione reale dei prodotti di combustione CO2, H2O, CO, NO+NO2, SOx, idrocarburi incombusti, particolato

• Descrizione della situazione Descrizione della situazione ambientale (stato iniziale ambientale (stato iniziale dell’ambiente)dell’ambiente)

• Definizione degli Scenari di ImpattoDefinizione degli Scenari di Impatto

• Previsione degli impatti (situazione Previsione degli impatti (situazione post-operam)post-operam)

• Misure di mitigazioneMisure di mitigazione

Aspetti Aspetti FondamentaliFondamentali

Sorgenti

Antropiche e Naturali

Emissione di Inquinanti Primari

Aria Ambiente

Meteorologia (diffusione

turbolenta, processi avvettivi di

trasporto, intensità radiazione solare)

Trasformazioni chimico-fisiche(formazione di

inquinanti secondari)

Classificazione degli InquinantiClassificazione degli Inquinanti

PrimariPrimari SecondariSecondari

• COCO

• NONOxx (95% NO, 5% NO(95% NO, 5% NO22))

• SOSO22

• Composti Organici Composti Organici Volatili Volatili (Benzene, (Benzene, Toluene, ecc.)Toluene, ecc.)

• IPAIPA

• OO33

• NONO22, HNO, HNO33,, HNOHNO22

• PerossiacetilnitratoPerossiacetilnitrato

• FormaldeideFormaldeide

• NanoparticelleNanoparticelle

• PM10PM10

• Nitroderivati OrganiciNitroderivati Organici• NitratiNitrati• SolfatiSolfati

particelleparticellegas e vaporigas e vapori

InquinantInquinantee

SorgentSorgentee

Livello Livello AccettabilAccettabil

ee

Livello di Livello di AttenzioAttenzio

nene

Livello Livello di di

AllarmeAllarme

Effetti sulla Effetti sulla SaluteSalute

SOSO22Combustione Combustione di olio e di olio e petroliopetrolio

100 µg/m100 µg/m33

(media (media giornaliera)giornaliera)

250 µg/m250 µg/m33

(media (media giornaliera)giornaliera)

600 µg/m600 µg/m33

(media (media oraria)oraria)

Increasing of Increasing of mortality; increasing mortality; increasing of hospitalization for of hospitalization for respiratory respiratory treatmenttreatment

NONO22Traffico Traffico auto-auto-veicolare e veicolare e ImpImpianti di ianti di combustionecombustione

135 µg/m135 µg/m33

(media oraria)(media oraria)200 µg/m200 µg/m33

(media oraria)(media oraria)400 µg/m400 µg/m33

(media (media oraria)oraria)

Increasing of Increasing of mortality; increasing mortality; increasing of hospitalization for of hospitalization for respiratory respiratory treatmenttreatment and and asthmaasthma

COCO Traffico Traffico auto-auto-veicolare e veicolare e Combustione Combustione del petrolio del petrolio

10 mg/m10 mg/m33

(media mobile (media mobile su 8 ore)su 8 ore)

30 mg/m30 mg/m33

(media oraria)(media oraria)Increasing of daily Increasing of daily mortality; increasing mortality; increasing of respiratory and of respiratory and cardio diseasescardio diseases

OzonoOzono Reazioni Reazioni fotochimichefotochimiche

130 µg/m130 µg/m33

(media oraria)(media oraria)180 µg/m180 µg/m33

(media oraria)(media oraria)360 µg/m360 µg/m33

(media (media oraria)oraria)

Increasing of Increasing of mortality; increasing mortality; increasing of hospitalization for of hospitalization for respiratory respiratory treatmenttreatment

PM10PM10 Traffico Traffico autoveicolarautoveicolaree

50 µg/m50 µg/m33

(media (media giornaliera)giornaliera)

Increasing of Increasing of mortality, expecially mortality, expecially for respiratory for respiratory diseasesdiseases

Sorgenti, Livelli ed Effetti Sorgenti, Livelli ed Effetti sulla Salute Umanasulla Salute Umana

Principale Normativa sulla qualità dell’aria

Criteri per la raccolta dei dati inerenti la qualità dell'aria.

Norme tecniche in materia di livelli e di stati di attenzione e di allarme per gli inquinanti atmosferici nelle aree urbane.

Aggiornamento delle norme tecniche in materia di limiti di concentrazione e di livelli di allarme per gli inquinanti atmosferici nelle aree urbane e disposizioni per la misura di alcuni inquinanti.

Valori limiti di qualità dell’aria ambiente per il biossido di zolfo, gli ossidi di azoto, le particelle ed il piombo.

Definizione del sistema finalizzato al controllo ed assicurazione di qualità dei dati di inquinamento atmosferico ottenuti dalle reti di monitoraggio.

Valutazione e gestione della qualità dell’aria ambiente.

Valori limite di qualità dell’aria per il benzene ed il monossido di carbonio.

D.M. 20/5/91

D.M. 6/5/92

D.M. 15/4/94

D.M. 25/11/94

D.Lgs. 4/8/99 n.351

Direttiva 99/30/CE

Direttiva 00/69/CE

D.M. n.60 2/4/02

Recepimento della direttiva 1999/30/CE del Consiglio del 22 aprile 1999 e della direttiva 2000/69/CE.

Riferimenti Normativi al 2008Riferimenti Normativi al 2008

Altezza dello strato di rimescolamento

Volume disponibile per la diluizione delle specie inquinanti

PM10 in Varie Città ItalianePM10 in Varie Città Italiane

40 µg/m3 valore limite al 2005; 20 µg/m3 valore limite al 2010 (D.M. 60/02)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005Anno

PM

10

Torino MilanoFirenze RomaNapoli Palermo

Benzene in Varie Città ItalianeBenzene in Varie Città Italiane

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005Anno

Ben

zene

Torino MilanoFirenze RomaPalermo

n.b.: su Napoli non sono disponibili dati ufficiali di benzene fino al 2005

Giorni di Superamento di OGiorni di Superamento di O33 in in Varie Città Italiane (>120 Varie Città Italiane (>120

µµg/mg/m33))

Da non superare più di 25 giorni in un anno civile (D.Lgs. 183/04)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005Anno

# su

pera

men

to d

i O3

Torino MilanoFirenze RomaNapoli Palermo

NONO22 in Varie Città Italiane in Varie Città Italiane

40 µg/m3 valore limite al 2010; 18 max superamenti permessi (D.M. 60/02)

0

20

40

60

80

100

120

1993 1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005Anno

NO

2

Torino MilanoFirenze RomaNapoli Palermo

Sorgenti di Particolato AtmosfericoSorgenti di Particolato Atmosferico

PM

naturale

eruzione vulcanicheincendi spontaneieventi di elevata ventosità, risospensione atmosfericatrasporto di materiale particolato naturale da regioni arideecc.

antropogenica

emissioni industriali

riscaldamento domestico

traffico autoveicolare

Bilancio di Massa del PM10Bilancio di Massa del PM10

n-Alcani70-75 %

IPA1-2 %

Acidi n-Alcanoici25-30 %

Composti identificati10-15 %

Composti non identificati85-90 %

OC30-40 %

EC60-70 %

Frazione Carboniosa (TC)30-40 %

Cd, Cr, Fe, Ni, Pb, V, Zn

Metalli pesanti2-5 %

Frazione non identificata95-98 %

Frazione non idrosolubile50-60 %

Solfati40-45 %

Nitrati20-25 %

Ammonio15-20 %

Altri (Ca, Cl, Na, ecc.)15-20 %

Frazione idrosolubile40-50 %

Frazione Inorganica60-70 %

PM100 µg/m3

Definizione delle Frazioni Granulometriche

F. inalabile (inalata attraverso naso bocca)

F. extratoracica (non penetra oltre la laringe)

F. toracica (penetra oltre la laringe, PM10)

F. tracheobronchiale (penetra oltre la laringe, non giunge alle vie respiratorie non ciliate)F. respirabile, PM2.5

(penetra nelle vie respiratorie non ciliate)

Andamento delle PUF e degli IPAAndamento delle PUF e degli IPA

Hourly averages

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

80000

90000

100000

4/6 4/7 4/8 4/9 4/10 4/11 4/12 4/13 4/14 4/15

Day

#/cm

3 (2

0-88

0 nm

)

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

PA

H (

ng/m

3)

Particles 20-880 nm

PAH

Livelli di Hg in AtmosferaLivelli di Hg in Atmosfera

Specie In aria(ng/m3)

Deposizione(ng/L)

Hg Totale 1,2-3,7 5-80

Hg0 1,0-3,6 <0,005

RGM 1-50a 5-50

TPM 1-50a 5-50

MeHg 1-20a 0,005-0,5

a: espresso come pg/m3

LocalitàLocalità nn-- ions ions nn++ ions ions nn--/n/n++ ratioratio

Small Small ionsions

(K≥1) (K≥1) %%

Big Big ionsions(K<1(K<1) %) %

Best (++++Best (+++++) and worst +) and worst

(+) (+) perceptionperception

Campagna, sole, Campagna, sole, maremare

306,7306,7 251,6251,6 1,211,21 88,088,0 12,012,0 ++++++++

Mare, quiete, no Mare, quiete, no ventovento

436,7436,7 354,4354,4 1,231,23 84,784,7 15,315,3 ++++++++++

Montagna 2000 mMontagna 2000 m 560,3560,3 602,5602,5 0,920,92 92,092,0 8,08,0 ++++++++++

Città, strada, no Città, strada, no trafficotraffico

120,5120,5 108,7108,7 1,101,10 66,066,0 44,044,0 ++++++

Città, strada, trafficoCittà, strada, traffico 30,830,8 150,4150,4 0,200,20 25,025,0 75,075,0 ++

Valore medioValore medio 291,0291,0 293,5293,5 0,930,93 71,171,1 28,928,9 ++++ (3,6)++++ (3,6)

SDSD ±218,±218,99

±197,±197,22

±0,4±0,400

±27,6±27,6 ±28,±28,44

±+ (1,6)±+ (1,6)

Ioni e Percezione Umana in Ioni e Percezione Umana in Differenti LocalitàDifferenti Località

Confronto tra Soggetti Sani Confronto tra Soggetti Sani e Meteoropatici in Giornate e Meteoropatici in Giornate

SoleggiateSoleggiate

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36

Soggetti

Un

ità

Arb

itra

ria

(%

)

Tutti i soggetti sani (sereno) Meteoropatici e Meteorosensibili (sereno)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36

Soggetti

Un

ità

Arb

itra

ria

(%

)

Tutti i soggetti in sani (coperto) Meteoropatici e Meteorosensibili (coperto)

Confronto tra Soggetti Sani Confronto tra Soggetti Sani e Meteoropatici in Giornate e Meteoropatici in Giornate

NuvoloseNuvolose

… ed infine un caso estremo!

Tempesta di sabbia sul nord della Cina 10 marzo 2006

Un Aspetto più … GlobaleIl problema dell’inquinamento va visto anche in modo globale, ossia considerando tutto il pianeta e l’universo circostante. Come si collega il problema dell’inquinamento e conseguente cancerogenesi con l’ambiente extraterrestre?

Il collegamento è prodotto dalle forma di vita scoperte alcuni anni fa nei laboratori INFN-ENEA di Frascati.

Tali batteri, chiamati “Ralstonia De Tusculanense” , sono degli Archeobatteri Estremofili che risalgono alle origini del creato e vivono in condizioni estreme. Tali specie batteriche resistono in ambienti estremi e sono capaci di combattere quasi tutti i tipi di inquinamento, specialmente quello di tipo radioattivo (Prof. Quercia).

Pasquale AvinoPasquale AvinoISPESL, RomaISPESL, Roma

Domenico BroccoDomenico BroccoCentro Studi di Biometeorologia, RomaCentro Studi di Biometeorologia, Roma

Luca LeporeLuca LeporeCentro Studi di Biometeorologia, RomaCentro Studi di Biometeorologia, Roma

Giuseppe QuartieriGiuseppe QuartieriUniLudes, Lugano (Svizzera)UniLudes, Lugano (Svizzera)

Piero QuerciaPiero QuerciaInstitute Basic Research, Florida (USA)Institute Basic Research, Florida (USA)

Mario V. RussoMario V. RussoUniversità del Molise, CampobassoUniversità del Molise, Campobasso

Vincenzo I. ValenziVincenzo I. ValenziTelesio Galileo Telesio Galileo AcademyAcademy, Londra (UK), Londra (UK)

I tipi di cambiamenti I tipi di cambiamenti possono essere possono essere gerarchizzati con un gerarchizzati con un network che permetta network che permetta di evidenziare una di evidenziare una priorità nella priorità nella considerazione degli considerazione degli effetti anche diversa effetti anche diversa da quella che da quella che imporrebbe imporrebbe l’associazione di una l’associazione di una maggiore importanza maggiore importanza agli effetti immediati agli effetti immediati al rilascioal rilascio

Scenario degli Scenario degli ImpattiImpatti

SUPERFICI IMPEGNATE A SECONDA DELLE FONTI ENERGETICHE

CENTRALE POTENZA COSTO SUPERFICIE NECESSARIA

Nucleare 4 GW 5x103 MEuro 1 Kmq

Fotovoltaica 4 GW 216 x 103 MEuro

200 Kmq

Solare Termoelettrica

4 GW TBD 400 Kmq

Eolica 4 GW 30x103 Euro 3000 Kmq

Biomasse 4 GW TBD 8000 Kmq

Fattore di rischio Giorni di vita in menoFumare un pacchetto di sigarette al giorno (maschi)

2.200

Lavorare in una miniera di carbone 1.100

Essere sovrappeso del 20% 1.000

Rischio di infarto 500

Esposizione a incidenti di tuffi i tipi 435

Fumare il sigaro 330

Svolgere lavori agricoli 275

Fumare la pipa 220

Esposizione agli incidenti automobilistici 200

Consumo medio di alcool 130

Rischio di suicidio 95

Rischio di omicidio 90

Lavorare come insegnante 30

Esposizione al fondo radioattivo naturale 8

Esposizione atte radiazioni per pratiche mediche e diagnostiche

6

Assunzione di bibite dietetiche 2

Assunzione della dose di 10 mSv al corpo intero

1

Le frazioni granulometriche di interesse nell’aria urbana sono il PM10, il PM2.5.

Il D.M. n° 60/02 definisce il PM10 come “la frazione di materiale particolato sospeso in aria ambiente che passa attraverso un sistema di separazione in grado di selezionare il materiale particolato di diametro aerodinamico di 10 µm, con una efficienza di campionamento pari al 50%”; ed il PM2.5 come “la frazione di materiale particolato sospeso in area ambiente che passa attraverso un sistema di separazione in grado di selezionare il materiale particolato di diametro aerodinamico di 2,5 µm, con una efficienza di campionamento pari al 50%”.

Deposizione di Particelle Deposizione di Particelle nel Corpo Umanonel Corpo Umano