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Ozono e composti organici volatili: effetti sulla qualità dell'aria

Un recente lavoro effettuato in Germania (Galina Churkina et al., 2017. Effect of VOC Emissions from Vegetation on Air Quality in Berlin during a Heatwave. Environ. Sci. Technol., 51 (11), pp 6120–6130. DOI: 10.1021/acs.est.6b06514), merita un esteso commento. Dei ricercatori hanno infatti dimostrato che le emissioni dei veicoli possono reagire con le emissioni di composti organici volatici (VOC) da parte degli alberi urbani e di altre piante, con conseguente diminuzione della qualità dell'aria nelle città in estate e questo può ridurre gli impatti altrimenti positivi della vegetazione urbana. Lo studio, condotto a Berlino, ha dimostrato che durante un'ondata di caldo nel mese di luglio, il 20% della concentrazione di ozono era dovuto alle emissioni di composti organici volatili da parte della vegetazione che interagivano con altri inquinanti per produrre ozono. È bene sottolineare subito che per diminuire questo effetto, è fondamentale, in primo luogo ridurre le emissioni di questi altri inquinanti.
È noto e dimostrato da migliaia di pubblicazioni che la piantagione di alberi e di aree verdi nelle città può fornire una serie di benefici fra i quali la riduzione dell’inquinamento. Tuttavia, in presenza di ossidi di azoto (NOx) - prodotti principalmente nelle emissioni dei veicoli - alcune emissioni gassose della vegetazione possono di fatto contribuire a ridurre la qualità dell'aria. Questo studio è il primo del suo genere a quantificare il contributo relativo della vegetazione urbana a episodi di scarsa qualità dell'aria in una città europea di media latitudine. Le conclusioni degli Autori sono che i pianificatori dei programmi di urbanizzazione ambientale dovrebbero essere consapevoli di questi effetti.
 
Effetti sulla salute umana. I BVOC (Composti organici di origine biogenica o semplicemente VOC) rilasciati dalle piante includono centinaia di prodotti chimici, molti dei quali hanno un odore; possono essere rilevati, ad esempio, nel profumo emesso quando vengono tagliati i prati. Solo alcuni di essi, come isoprene, monoterpeni e sesquiterpeni, hanno un effetto significativo sulla qualità dell'aria. Nelle aree urbane e suburbane con livelli significativi di NOx, l'isoprene contribuisce alla formazione dell'ozono a livello del suolo, mentre le ultime due sostanze chimiche possono aumentare il particolato (PM2,5 e PM10) ed è noto che sia l'ozono che il PM hanno effetti dannosi sulla salute umana, in particolare sui problemi respiratori.
Le piante producono isoprene come parte di un processo per proteggere le loro cellule da stress come siccità e fluttuazioni di temperatura; le emissioni, quindi, aumentano con l'aumento delle temperature e in condizioni asciutte. Fra i principali produttori di isoprene troviamo alcune specie di quercia (Quercus spp.), il pioppo (Populus spp.), la robinia (Robinia pseudoacacia) il Liquidambar (Liquidambar styraciflua) e il platano (Platanus x acerifolia).

I metodi della ricerca. I ricercatori hanno confrontato la qualità dell'aria in due periodi estivi (1 giugno-28 agosto 2006 e 1 giugno-28 agosto 2014) nella città di Berlino, che ha una copertura vegetale relativamente alta (il 35% del territorio è classificato come foresta, parchi e aree agricole). Nel luglio 2006, la città ha subito una forte ondata di caldo, definita come cinque o più giorni consecutivi durante i quali la temperatura massima giornaliera supera la temperatura massima media per quel periodo dell'anno di 5°C o più. Le temperature medie giornaliere su un periodo di tre settimane in quel mese furono superiori a 30 °C; e 26-27 °C nel luglio 2014.
Nel periodo di studio del 2014, le concentrazioni di VOC sono state misurate continuamente in un quartiere residenziale centrale, e sono stati raccolti campioni in altre sette sedi nella città e una nell'area metropolitana più ampia, rappresentanti la qualità dell'aria nel contesto urbano, in prossimità dell’autostrada, nella foresta urbana e nei parchi urbani.
I ricercatori hanno quindi utilizzato un software per studiare il contributo delle emissioni di vegetazione alla formazione di ozono e PM. Le simulazioni della composizione chimica dell’aria in ciascun periodo sono state facilitate con input che includono dati sulle emissioni antropogeniche (ad esempio NOx, anidride solforosa e PMx), tipi di copertura del suolo (ad esempio foresta di conifere) e i fattori di emissione di isoprene pubblicati per diversi tipi di alberi.
Questi ultimi indicano quanto isoprene emettono i diversi tipi di alberi in relazione all'area fogliare. I ricercatori hanno utilizzato i dati derivati dall’inventario degli alberi totali (alberate+parchi e giardini) in concomitanza con questi fattori per stimare la quantità di isoprene emesso nella città in ciascun periodo e in che modo questo ha contribuito alla formazione dell'ozono. Gli inventari sono stati utilizzati solo per corroborare i fattori di emissione utilizzati nel modello poiché i ricercatori non sono stati in grado di incorporare questi inventari nei calcoli del modello.

Risultati e conferme. I ricercatori hanno calcolato la differenza tra le concentrazioni di ozono modellizzate in presenza e in assenza di emissioni di VOC da parte della vegetazione, utilizzando valori massimi giornalieri di 8 ore applicati agli standard di qualità dell'aria dell'UE e alle linee guida sulla qualità dell'aria dell'Organizzazione Mondiale della Sanità (OMS). I risultati modellati hanno mostrato che i VOC provenienti dalla vegetazione forniscono un contributo significativo ai livelli dell'ozono a livello del suolo. In media, la vegetazione è apparsa collegata al 12% dell'ozono nei periodi totali estivi del 2006 e del 2014 combinati, ma nel luglio 2006 è stata responsabile del 20% del livello di ozono in media e del 17% nel luglio 2014. La risposta dell'ozono alle emissioni di VOC delle piante ha raggiunto il picco del 60% in alcuni giorni durante l'ondata di caldo di luglio.
È stato rilevato un netto aumento tra l'impatto dei VOC vegetali a luglio, in corrispondenza dell'aumento della temperatura dell'aria e gli altri due mesi studiati, cioè in giugno e agosto, quando il loro contributo all'ozono era solo del 6-11%.
I ricercatori sostengono che i risultati dello studio dimostrano che le emissioni di VOC degli alberi urbani possono esacerbare l'inquinamento atmosferico, Tuttavia, gli alberi hanno anche altri effetti sull'ozono, ad esempio intrappolandolo nelle foglie, che possono ridurre i livelli nell'ambiente. Il loro effetto sull'inquinamento atmosferico è, quindi, complicato e ancora non completamente esplicitato.
I ricercatori hanno anche studiato il contributo della vegetazione al PMx, dato che i VOC possono contribuire alla formazione di particelle nell'aria (aerosol). I risultati sono stati tuttavia inconcludenti a causa di grandi variazioni nelle concentrazioni di aerosol modellate.
Nello studio è stato anche osservato che i fattori di emissione di isoprene utilizzati hanno portato a una sottostima di tali emissioni, sulla base di nuovi calcoli effettuati dai ricercatori nella valutazione del modello. Questo è attribuito all'elevato numero di specie che emettono elevata quantità di isoprene, come le querce, che non sono stati considerati nei fattori di emissione utilizzati. Ciò li porta alla conclusione che l'effettivo contributo dei VOC vegetali ai livelli di ozono nelle aree urbane è probabilmente superiore a quello mostrato nei risultati e la modellazione futura potrebbe essere migliorata per riflettere meglio le caratteristiche della vegetazione.

Serve un approccio più largo. Come commento finale all’articolo è opportuno sottolineare che, sebbene i VOC provenienti dalla vegetazione possano contribuire all'inquinamento atmosferico durante le ondate di calore, il che significa che le aree verdi delle nostre città potrebbero essere punti caldi per l'ozono a livello del suolo in estate, la via principale per abbassare i livelli di ozono è ridurre le emissioni dei veicoli - la principale fonte di NOx che reagiscono con i VOC per produrre ozono.
Livelli radicalmente più bassi di inquinamento atmosferico antropogenico offrirebbero ai residenti urbani i molti effetti benefici degli alberi e delle piante urbane in estate, piuttosto che il doppio effetto evidenziato da questo studio. Lungi dall'essere un invito a fermare la piantagione di alberi, lo studio sottolinea che il controllo dell'inquinamento da NOx è essenziale per non sminuire i numerosi benefici degli alberi, come la riduzione degli effetti delle isole termiche, l'aumento della biodiversità urbana, la riduzione degli effetti dei cambiamenti climatici e altro ancora.



Note sull'autore: Francesco Ferrini, Prof. Ordinario di Arboricoltura, Presidente della Scuola di Agraria 

Da uno studio tedesco emerge che i VOC possono contribuire al peggioramento delle condizioni delle zone inquinate. L'importanza di un approccio più ampio.

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