L'ozono è una molecola piuttosto instabile costituita da tre atomi di ossigeno (O₃). In natura si trova in concentrazioni rilevanti ad alta quota (da 15 a 60 Km di altezza) nella cosiddetta ozonosfera, dove costituisce una fascia protettiva nei confronti della radiazione ultravioletta di origine solare. Nei bassi strati dell'atmosfera, invece, di norma è presente in basse concentrazioni, tranne che nelle aree urbane e suburbane dove la presenza di altri inquinanti chimici può indurne la formazione, con conseguente aumento della concentrazione. Le reazioni chimiche che producono ozono danno luogo anche a diverse altre sostanze ossidanti, come perossiacetilnitrato, acido nitrico e acido nitroso, oltre alle aldeidi. Si assume in genere che tale miscela (smog fotochimico) sia per lo più costituita da ozono.

Il fatto più importante che influenza il comportamento dell'ozono è che questo inquinante nella bassa atmosfera non ha sorgenti proprie di origine antropogenica.

Si forma infatti come inquinante secondario, principalmente dalle reazioni fotochimiche che coinvolgono altre sostanze (i precursori), ovvero gli idrocarburi (HC) e gli ossidi di azoto (NOx) emessi dalle sorgenti antropogeniche (in particolare il traffico veicolare). Ciò dà luogo ad un comportamento dell'O₃ assai diverso rispetto ad inquinanti primari, quale il monossido di carbonio (CO) le cui concentrazioni in un punto tendono ad essere linearmente correlate con le emissioni di CO di una sorgente vicina (a parità di altri fattori). Le relazioni che legano invece le concentrazioni di O₃ con le emissioni di HC e NOx risultano fortemente non - lineari e si possono così sintetizzare:

1. raramente variazioni di HC e NOx producono uguali variazioni percentuali delle concentrazioni di O₃;

2. le concentrazioni di O₃ sono in genere più basse nelle zone vicine alle sorgenti rispetto a quelle più lontane;

3. in certe condizioni la diminuzione delle emissioni di HC e NOx può produrre un aumento delle concentrazioni di O₃.

Inoltre le variazioni spaziali tendono ad essere molto più graduali di quelle del CO: se la concentrazione di O₃ è elevata in una certa stazione di rilevamento allora è assai probabile che valori molto prossimi si verifichino in una vasta area intorno a quella stazione (da decine a centinaia di chilometri quadrati). La formazione di O₃ ha luogo in intervalli di tempo che variano da diverse ore ad alcuni giorni: il movimento delle masse d'aria che si verifica in questo intervallo di tempo provoca il rimescolamento delle sostanze emesse dalle diverse sorgenti di HC e NOx presenti sul territorio. Ne consegue che raramente elevate concentrazioni di O₃ possono essere attribuite a singole e ben individuate sorgenti, piuttosto sono prodotte dalla combinazione dei precursori emessi da parte di tutte le sorgenti incontrate dalla massa d'aria nel suo movimento.

Le concentrazioni di O₃ sono influenzate da diverse variabili meteorologiche, tra cui la direzione e la velocità del vento, la stabilità atmosferica, l'altezza dello spessore di rimescolamento, la temperatura, l'intensità della radiazione solare.

Le reazioni chimiche che formano l'O₃, insieme all'andamento della luce solare necessaria per innescarle, danno luogo a caratteristici andamenti nel tempo delle concentrazioni di ozono, ossido di azoto e biossido di azoto, come quelli mostrati in Figura 1. Il picco mattutino di NO (ore 7 - 8) è dovuto alle consistenti emissioni dovute al traffico veicolare. L'ossido di azoto si converte dopo 2 o 3 ore in NO₂, che presenta quindi un picco tra le 9 e le 10. L'accumulazione di O₃ non inizia fino a quando la conversione di NO in NO₂ non è quasi ultimata; una volta iniziata la formazione di O₃, la sua concentrazione aumenta rapidamente e raggiunge quindi il valore massimo tra la fine della mattina e il primo pomeriggio (11 - 16). Successivamente l'O₃ tende a diminuire a causa della diminuzione della radiazione solare.

Il picco di O₃ che si verifica nella tarda mattinata a Firenze, come in molte altre grandi città, è per lo più dovuto a fattori meteorologici. Per esempio, l'aumento della velocità del vento che si verifica in genere nel pomeriggio provoca il movimento delle masse d'aria più inquinate verso l'esterno della città e la loro sostituzione con altre più pulite. Ciò può portare a concentrazioni elevate nei sobborghi qualche ora più tardi rispetto alla città: in Figura 2 sono rappresentate le medie mensili rilevate nell'anno 1995 a Settignano e la media delle medie mensili rilevate durante lo stesso anno nelle altre stazioni (Boboli, Novoli, Scandicci).

A parità di emissioni e di distribuzione delle sorgenti, l'aumento della velocità del vento, della turbolenza atmosferica e dell'altezza di rimescolamento tendono ad aumentare sia il volume d'aria nel quale i precursori possono disperdersi che la velocità di dispersione. Ne segue che le concentrazioni di O₃ tendono in tal caso a diminuire.

Le stesse sono inoltre influenzate dall'intensità della radiazione solare e dalla temperatura dell'aria. La luce del sole innesca le reazioni fotochimiche che provocano la dissociazione di NO₂ in NO, la quale a sua volta dà inizio alla lunga serie di reazioni che, coinvolgendo gli idrocarburi emessi dal traffico veicolare, portano all'aumento dell'ozono (in genere le concentrazioni di O₃ sono tanto maggiori quanto maggiore è la radiazione solare). La velocità delle reazioni chimiche dipende, in modo non - lineare, dalla temperatura, ma l'effetto complessivo a carico dell'O₃ che ne risulta è che all'aumentare della temperatura aumenta la velocità di formazione di O₃.

Questo fenomeno è riassunto in Tabella 1, dove sono state calcolate le medie delle concentrazioni massime giornaliere rilevate a Settignano nelle ultime estati (1993, 1994 e 1995), raggruppate secondo i valori della temperatura massima giornaliera e della radiazione solare giornaliera. Si nota facilmente che i valori più elevati si verificano quando la temperatura è elevata (> 34 °C) e l'irraggiamento è maggiore (> 0.66).

Le variazioni delle condizioni metereologiche danno luogo a sistematiche variazioni stagionali delle concentrazioni di O₃: i valori più elevati si verificano in estate, e particolarmente in luglio e agosto, mentre durante l'inverno si registrano le concentrazioni più basse (Fig. 2).

Il rimescolamento dell'atmosfera e i movimenti delle masse d'aria che avvengono mentre l'O₃ è in corso di formazione danno luogo a elevate concentrazioni a grandi distanze dalle sorgenti dei precursori: l'O₃ può venire inoltre intrappolato negli strati superiori dell'atmosfera e trasportato lontano dalle sorgenti, dove non sono presenti sostanze che ne contrastano la formazione. A Firenze in genere le concentrazioni più elevate di ozono si registrano a Settignano, in una posizione distante circa 6 km dal centro della città; ciò è favorito nei giorni in cui spira brezza da W-SW, tipica dei periodi estivi caratterizzati da regimi stabili di alta pressione.

Data la complessità del fenomeno, per ottenere significative riduzioni delle concentrazioni di ozono, sia in città che nei sobborghi, è richiesta una consistente riduzione delle emissioni dei precursori su aree vaste, almeno di tipo metropolitano. Sono quindi necessarie misure strutturali sulla mobilità complessiva dell'area interessata (quali l'uso di mezzi di locomozione collettivi); misure isolate nel tempo e nello spazio, non portano in genere a riduzioni sensibili delle concentrazioni.

• GLI EFFETTI DELL'OZONO SULLA SALUTE UMANA
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