L' ozono troposferico a volte chiamato ozono cattivo è l'ozono (O 3) formata nella bassa atmosfera .
È un gas a effetto serra ( forzante radiativo medio stimato a +0,35 (+/- 0,15) W / m 2 e un importante inquinante la cui concentrazione nella troposfera è, secondo l'IPCC ( 2001 ), raddoppiata o addirittura triplicata. XX secolo. La sua velocità varia notevolmente nel tempo e nello spazio; da 10 ppb sugli oceani tropicali a oltre 100 ppb negli strati superiori della troposfera, a contatto con la stratosfera e sopra le aree urbane altamente inquinate. Si dice che sia secondario perché proviene da precursori ( ossidi di azoto e composti organici volatili).emesso principalmente dalle attività umane e dalla flora), sotto l'effetto dei raggi UV solari. I picchi di ozono compaiono quindi quando c'è molto soleggiamento, e in condizioni di alta pressione (condizione scarsamente dispersiva che favorisce l'accumulo di precursori), l'episodio peggiora se l'alta pressione persiste.
Poiché l'ozono dura per alcuni giorni nella troposfera, può migrare verso le regioni periurbane e rurali situate sottovento rispetto alle aree edificate.
Questo super ossidante influisce sulla salute umana . Irrita gli occhi e i polmoni e influisce sulla capacità respiratoria. Altri inquinanti come lo zolfo e gli ossidi di azoto peggiorano i suoi effetti, così come lo sforzo fisico e l'esposizione prolungata. Colpisce anche gli ecosistemi e diminuisce i rendimenti agricoli e forestali.
Degradando alcuni materiali da costruzione e decorazione , può anche essere una fonte di inquinanti secondari nell'aria interna . Questi effetti sono da opporsi a quelli, protettivi, dell'ozono stratosferico ("ozono buono"), presente a più di 10 km di altitudine, che filtra una parte dannosa dei raggi ultravioletti solari.
In aree fortemente inquinate e in determinate condizioni di luce solare, alte concentrazioni di NOx possono distruggere parte dell'ozono durante la notte (effetto di titolazione).
Una piccola parte è prodotta naturalmente sopra l'area delle enforestées o dopo incendi naturali, ma la maggior parte del livello del suolo dell'ozono è un inquinante di origine antropica (risultato generato dalle attività umane). Le emissioni dirette di ozono dalle attività umane si verificano solo in piccole quantità:
L'inquinamento da ozono a livello del suolo è il risultato di un meccanismo complesso. L'ozono troposferico è formato in maniera massiccia da inquinanti “precursori”, sotto l'effetto della radiazione solare ( UV ); ciò riguarda in particolare il biossido di azoto NO 2 emesso dagli scarichi di veicoli, camini, inceneritori e incendi boschivi (spesso deliberati, o secondariamente indotti dal drenaggio e dal riscaldamento globale ).
Sotto l'azione della radiazione solare a lunghezza d'onda corta NO 2 → NO + O quindi O + O 2 → O 3 (in presenza di altri ossidanti , altrimenti, NO 2 viene riformato: NO + O 3 → NO 2 + O 2 ).Una molecola di ozono (O 3 ) è sempre il risultato di una reazione tra una molecola di ossigeno (O 2 ) e un atomo di ossigeno (O). È la fotodissociazione del biossido di azoto (NO 2 ) che produce l'atomo di ossigeno richiesto (O), a condizione che il monossido di azoto (NO) reagisca principalmente con un radicale idroperossilico (HO 2 ) piuttosto che con O 3 , che avrebbe uno zero equilibrio.
In aree poco inquinate, HO 2 è prodotto dall'ossidazione del monossido di carbonio (CO) e del metano (CH 4 ) presenti nell'atmosfera naturale. Risulta principalmente dalla trasformazione, per effetto della radiazione solare, di ossidi di azoto (NO x ) e composti organici volatili (COV) emessi principalmente dalle attività umane ( ozono cattivo ).
Nelle zone inquinate, la produzione di ozono è favorita perché l'ossidazione dei composti organici volatili (COV) è più veloce di quella di CO o CH 4 .
Appare se sono soddisfatte le condizioni per la formazione di ozono:
I picchi sono solitamente più forti in quota, dove l'ozono era un tempo un argomento pubblicitario per i suoi effetti che all'epoca si pensava fossero benefici per la salute. Questo può essere osservato, ad esempio, nell'entroterra di Nizza vicino al Mercantour (dove entrano in gioco anche i contributi dell'inquinamento costiero).
A livello globale, il contenuto di ozono del troposher è aumentato sin quasi dall'inizio del XX secolo, per ragioni antropiche, principalmente legate ai trasporti, ma la velocità e le velocità di aumento variano a seconda delle regioni del mondo.
Un recente rapporto (2019) che combina misurazioni satellitari e modellazione chimica dell'atmosfera, mostra che in circa 40 anni (dal 1979 al 2016) tutti gli strumenti descrivono forti aumenti dell'ozono troposferico, dal Vicino Oriente agli Stati Uniti. India e Asia orientale e più a est sul Pacifico. (Da + 15% a 20% su sfondo medio)). L'aumento più forte si è verificato nel periodo più recente, tra il 2005 e il 2016 (vedi grafico a lato). Il modello mostra e conferma che i maggiori aumenti di (da +6 a +7 DU) sono ben localizzati sopra l'India e l'Asia orientale.
Le stesse fonti rivelano anche un aumento dell'ozono troposferico (da +4 a +5 DU in 38 anni di registrazione) in Africa centrale e nell'Oceano Atlantico tropicale. E nella zona temperata, il Nord Atlantico e il Nordest del Pacifico non sono stati risparmiati (+ 3 DU per decennio).
Quando vengono soddisfatte determinate condizioni meteorologiche, possono verificarsi lunghi picchi di ozono, come a Città del Messico , Messico nel marzo 2016 con un picco il 14 di questo mese (le stazioni di terra hanno registrato un record di 171 ppb [parti per miliardo in volume] all'ora in una stazione e 150 ppb sono stati superati in altre sei stazioni); una rara situazione di depressione centrata su questa regione ha letteralmente permesso un'intrusione della stratosfera nella troposfera (da 9 a12 marzo, ma a cui è seguito per alcuni giorni un continuo aumento dell'ozono troposferico mentre è proseguita una situazione di inversione atmosferica, in assenza di vento
L'ozono troposferico non ha la stessa origine o di impatto sull'ambiente e la salute , come ad alta quota l'ozono stratosferico , che a sua volta ci protegge dai dannosi del sole ultravioletti (UV). In entrambi i casi è la stessa molecola , i suoi impatti differiscono a seconda dell'altitudine e del suo contenuto nell'aria. La soglia dell'ozono è un indicatore dell'inquinamento atmosferico . Indica la quantità di ozono in microgrammi in un metro cubo d' aria . Da 180 µg di ozono per metro cubo in media su 1 ora, per i paesi dell'Unione Europea , le popolazioni sono informate dell'inquinamento, così come da 240 µg / m 3 in media su 1 ora, viene emesso un avviso di inquinamento. Lo standard europeo è di 120 µg / m 3 in media su 8 ore. L' OMS raccomanda di non superare in media 100 µg / m 3 nell'arco di 8 ore (contro 120 µg / m 3 in precedenza).
L'ozono troposferico può causare irritazioni agli occhi, alle mucose e al tratto respiratorio superiore.
La presenza di una grande quantità di ozono troposferico può anche causare edema polmonare , ma i problemi più comuni sono quelli respiratori: asma o malattie polmonari che richiedono il ricovero. Esiste una leggera correlazione tra la mortalità per malattie respiratorie e la concentrazione di ozono. La mortalità cardiovascolare non sembra essere influenzata. Per quanto riguarda la risposta e le cellule immunitarie, l'ozono ha un impatto significativo sui miRNA (in particolare: miR-143, miR-145, miR-199a *, miR-199b-5p, miR-222, miR-223, miR-25, miR-424 ), direttamente proporzionale alla concentrazione di ozono, provocando un'interruzione della regolazione immunitaria e inducendo infiammazione mediante attivazione delle vie ossidative.
I picchi dell'ozono generalmente compaiono a valle delle posizioni delle emissioni dei precursori dell'ozono (rispetto al vento) e circolano masse d'aria arricchite di ozono antropogenico. Questo inquinamento e i suoi effetti in termini di mortalità possono essere transfrontalieri, transoceanici, transcontinentali o intercontinentali.
L'ozono penetra nelle foglie, attraverso gli stomi ( flusso stomatico ), e si degrada istantaneamente a contatto con le cellule, provocando reazioni a catena che possono portare alla morte delle cellule. I sintomi possono essere necrosi fogliare, caduta prematura delle foglie, un cambiamento nell'apertura degli stomi e quindi una riduzione del tasso di attività fotosintetica che danneggia molte piante, e in particolare le colture (grano, patate, ecc. ) E le rese agricole, sebbene le piante possono in qualche misura difendersi producendo antiossidanti . Queste perdite portano a una crescita ridotta e all'indebolimento delle piante, rendendole più sensibili agli attacchi parassitari e ai rischi climatici (siccità). Questi impatti potrebbero essere esacerbati in un contesto di cambiamento climatico .
Pertanto, all'inizio degli anni 2000, gli effetti misurabili dell'ozono troposferico sui raccolti su scala regionale hanno portato in Europa a perdite economiche per almeno 23 seminativi (da 5,72 a 12 miliardi di dollari all'anno. Alcuni cereali e soprattutto il frumento (compreso il frumento invernale , anch'esso esposto all'ozono) sono particolarmente sensibili. Secondo una meta-analisi (basata su trentanove studi effettuati in vari paesi, compresa la Cina), un alto livello di ozono nell'aria diminuisce il livello di clorofilla del grano, scambio gassoso della pianta e altri fattori di resa. minor peso del chicco (–18%), ridotto numero di chicchi sulla spiga (–11%), minor numero di spighe (–5%) e un indice di produttività ridotto dell'11% (rispetto ad una coltura non esposta). Lo stato fisiologico delle foglie è stato ancora più influenzato, con un tasso di fotosintesi alla luce contenuto di aturo (ASAT), conduttanza stomatica (Gs) e clorofilla (Chl) ridotto rispettivamente del 40%, 31% e 46%. Risposte a livelli elevati di O 3erano simili per il grano primaverile e invernale. Per la maggior parte delle variabili, il trend decrescente è stato linearmente correlato all'aumento dei livelli di O 3. Gli autori di questa meta-analisi hanno stimato che l'aumento del livello di CO 2potrebbe in parte compensare gli effetti deleteri dell'ozono troposferico. Solo uno studio, in Gran Bretagna, ha rilevato che un aumento del 10% dell'AOT 40 ha causato solo piccole perdite di rendimento (–0,23%). Gli autori concludono che tramite i grafici di prova, gli allevatori qui hanno involontariamente selezionato ceppi di grano resistenti all'ozono. Alcune cultivar di grano sono infatti più tolleranti all'ozono. Se l'inquinamento acido tende a diminuire nei paesi ricchi, altri inquinanti, tra cui NO x , potrebbero aggiungere i loro effetti a quelli dell'ozono.
L'ozono troposferico in eccesso diminuisce sia la vitalità del polline che la ricettività dello stigma , entrambi normalmente vitali da 2 a 5 giorni a seconda della specie di pianta da fiore considerata e in base alle condizioni ambientali (cioè all'incirca lo stesso periodo in cui lo stigma rimane ricettivo) .
A titolo di esempio:
L'aria interna può contenere ozono dall'aria esterna e talvolta prodotto in situ, ad esempio da alcuni motori elettrici, alcuni purificatori d'aria e ionizzatori o dispositivi che utilizzano una sorgente di radiazioni UV.
Una recente tesi (2006) ha studiato le interazioni tra ozono importato dall'aria esterna tramite ventilazione nella casa sperimentale CSTB "MARIA" , per 16 prodotti da costruzione e decorazione ampiamente utilizzati nei paesi ricchi, per l'architettura (possibili "effetti muro") e la decorazione di interni . 16 a contatto con i materiali testati, si è verificato un calo significativo dell'ozono nella portata dell'aria interna (calo piccolo, 8% per vernice a smalto che raggiunge l'89% per una pannellatura di pino grezzo con velocità variabile (da 0,003 a 0,158 cm / s). elementi della decorazione interna si comportano quindi come un pozzo di ozono .
Non a caso per il chimico, però, notiamo anche che le normali emissioni di materiali si modificano in presenza di ozono (di stirene , e alcheni C 12 diminuiscono mentre gli altri redditi aumentano notevolmente ( aldeidi tra cui soprattutto formaldeide , acetaldeide , benzaldeide , da C5 a C10), ma anche chetoni e acidi carbossilici .
effettuati test su una pannellatura di pino (nove), hanno dimostrato che complessi meccanismi eterogenei spiegano la scomparsa dell'ozono; con reazioni in fase omogenea stimate tra 5 e 20%
In questa occasione si è anche notato che l'inquinamento esterno da NO, NO2 e O3 era ent completamente trasferito nella stanza dal sistema di ventilazione, ma poi dall'80% al 95% di questo ozono viene eliminato nella stanza dall'ossidazione degli oggetti (reattività eterogenea) e meno dall'interazione con le molecole in fase gassosa, con l'esempio di alfa- reazioni di ozonolisi del pinene osservate in una stanza con pannelli di pino); i sottoprodotti di reazione come formaldeide , esaldeide , benzaldeide e nonanale costituiscono un nuovo inquinamento secondario.
La temperatura dell'aria interna (così come il tasso di rinnovo dell'aria e l' umidità ) possono modulare le emissioni di alcuni materiali, e quindi i loro livelli nell'aria interna. Un semplice modello può prevedere i livelli di inquinanti atmosferici interni dagli inquinanti atmosferici esterni. Per l'ozono la previsione è soddisfacente, per NO il modello è quasi perfetto, ma sovrastima la concentrazione di NO2 indoor (forse perché il modello ignora il fenomeno dell'adsorbimento di NO 2 alle superfici interne). Si prega di notare che questa casa automatizzata e controllata non contiene abitanti, animali domestici, piante verdi o crepe o crepe che possono aumentare alcune prese d'aria o uscite oltre al sistema di ventilazione.
La metrologia è necessaria per valutare l'inquinamento e i rischi per la salute e per prevedere il movimento delle masse d'aria inquinate. Deve quindi essere realizzato a diverse altezze dell'atmosfera.
Mirano a limitare le emissioni di precursori dell'ozono. Molti paesi e l' Unione Europea hanno prodotto leggi sulla qualità dell'aria e stanno aggiornando gli standard e le soglie di qualità dell'aria , incluso l'ozono (ad es. Informazioni sui valori di soglia). È 180 µg / m 3 in Europa e 120 µg / m 3 non deve essere superato per più di otto ore, soglia oltre la quale il danno alla salute è considerato certo). Ciò consente alle autorità nazionali o locali di vietare o ridurre determinate attività (ad esempio la combustione di olio combustibile pesante) o la velocità dei veicoli. L' OMS ha anche prodotto raccomandazioni (guida ai valori).
Sistemi di multe e / o incentivi fiscali o sussidi a livello locale incoraggiano i produttori, le comunità e gli individui a inquinare meno. Alcuni accordi sull'orario di lavoro , telelavoro e dispositivi di fluidificazione del traffico aiutano a ridurre le emissioni di precursori dell'ozono nei momenti in cui i raggi UV solari sono più attivi.
Reti di allarme e misurazione della qualità dell'aria (più di 700 dispositivi di misurazione nell'UE nel 2007), con la meteorologia, aiutano i responsabili delle emissioni ad anticipare volontariamente o necessariamente limitando le loro attività inquinanti durante il giorno. A rischio di "picco di ozono" o al tempi critici.
In Europa, questi dispositivi stanno iniziando a mostrare la loro efficacia complessiva; nel 2007 i livelli di ozono estivo sono stati tra i più bassi da dieci anni, soprattutto nei paesi del nord Europa dove "non si è verificato alcun superamento del valore soglia di informazione" . L'Italia resta il Paese più esposto (479 µg / m 3 sono stati misurati in Sicilia , il secondo record nel 2007 è stato di 363 µg / m 3 in Romania ). Livelli da 300 a 360 µg / m 3 sono stati misurati sei volte in Francia, Grecia, Italia e Romania e la soglia a lungo termine prevista dalla direttiva è stata ampiamente superata nell'UE, come in altri paesi europei (alcuni dei quali hanno spesso superato il valore obiettivo per la protezione della salute umana). Nel 2007, e in Europa: il 45% dei superamenti totali della soglia di informazione, il 39% dei superamenti della soglia di allerta e il 12% dei superamenti dell'obiettivo a lungo termine sono stati osservati tra il 14 ° e il21 luglio.
Nel 2019, un autore cinese (Shaocai Yu) ha proposto di trattare l'ozono presente nelle aree urbane e industriali mediante la geoingegneria della nebbia spruzzando una nebbia artificiale nell'atmosfera. Egli giustifica il processo con il fatto che i livelli di ozono sono naturalmente più bassi quando l'umidità relativa dell'aria aumenta, "questa umidità abbassa la temperatura dell'aria, diminuendo la lunghezza della catena degli amplificatori di radicali chimici. Perossi (HO2, RO2 e RC (O) O2) e riducendo la lunghezza della catena NO2 e limitando la fotochimica ” ; ritiene che la risposta sarebbe rapida, che la fattibilità tecnologica lo consenta a costi relativamente bassi. Non menziona il problema del consumo di acqua, le cui risorse sono al minimo in estate quando l'ozono è al massimo. Per motivi sanitari anche l'acqua spruzzata deve essere molto pulita. Inoltre, gran parte dell'ozono (il picco) viene prodotto nel vento prevalente delle città e non nella città stessa.
Ad esempio, sui veicoli sono stati installati i seguenti dispositivi antinquinamento:
L'uso di veicoli elettrici al 100% limiterebbe la formazione, dopo reazione chimica, di ozono troposferico .