Effetti dell'ozono troposferico sulla salute umana in un contesto di cambiamenti climatici

Clicca nell'immagine per accedere alle previsioni di ozono a livello del suolo di quattro giorni del servizio di monitoraggio dell'atmosfera di Copernicus

Questioni sanitarie

L'ozono troposferico influisce sulla salute umana compromettendo la funzione respiratoria e cardiovascolare, il che porta a più ricoveri ospedalieri, assenze scolastiche e lavorative, uso di farmaci e persino mortalità prematura. L'esposizione a breve termine all'ozono è associata a sintomi respiratori, ridotta funzionalità polmonare e infiammazione delle vie aeree; esposizione a lungo termine con asma aggravata e una maggiore incidenza di ictus. Contrariamente agli effetti negativi dell'ozono troposferico o a livello del suolo (l'ozono che respiriamo), l'ozono stratosferico è benefico per la salute umana in quanto blocca le radiazioni UV.

Effetti osservati

Formazione di ozono a livello del suolo e sua sensibilità meteorologica

L'ozono superficiale (O₃) è un inquinante secondario prodotto nell'atmosfera in presenza di luce solare e precursori chimici. I principali precursori dell'ozono sono gli ossidi di azoto (NOx) e i composti organici volatili (VOC), che provengono principalmente dai trasporti e dalle attività industriali che sono in gran parte associate alle aree urbane. Il monossido di carbonio (CO) e il metano (CH₄) emessi da fonti residenziali e agricole tendono a svolgere un ruolo minore nella formazione dell'ozono. I precursori dell'ozono possono anche avere un'origine naturale, come le emissioni biogeniche di COV, le emissioni di NOx nel suolo, le emissioni di CO da incendi boschivi e le emissioni di metano nella biosfera (Cooper et al., 2014; Monks et al., 2015).

Le concentrazioni massime di ozono si verificano generalmente a decine di chilometri di distanza dalle aree urbane in cui si trovano le principali fonti di precursori dell'ozono, a differenza di altri inquinanti atmosferici (come il particolato e il biossido di azoto) che si concentrano in gran parte nelle città. Poiché la formazione fotochimica dell'ozono richiede diverse ore, i venti possono trasportare il pennacchio di inquinamento prima che si formi l'ozono. Inoltre, alcune specie di NOx degradano l'ozono in condizioni specifiche (cioè vicino alle fonti di emissione, di notte o in inverno), il che si traduce in concentrazioni di ozono generalmente inferiori nei centri urbani in cui vengono emessi NOx. Una volta formato, l'ozono può essere mantenuto nell'atmosfera per giorni o settimane, spesso subendo un trasporto a lungo raggio o transfrontaliero. Tuttavia, anche nelle aree urbane - e in particolare suburbane - si possono osservare alti livelli di ozono.

Poiché la generazione di ozono richiede la radiazione solare, le concentrazioni di ozono in genere raggiungono un massimo giornaliero poche ore dopo mezzogiorno. Le concentrazioni seguono anche un ciclo stagionale pronunciato che in Europa raggiunge il picco tra l'inizio della primavera e la fine dell'estate. La dipendenza dalla luce solare rende l'ozono molto sensibile alla variabilità meteorologica e climatica. La fluttuazione dell'ozono da un anno all'altro dipende in gran parte da quanto è calda e secca l'estate; ondate di calore intense possono portare a valori di picco di ozono. La relazione con la luce solare significa che l'Europa meridionale tende ad avere concentrazioni di ozono più elevate rispetto all'Europa settentrionale (AEA,2022a).

Concentrazioni ed esposizione della popolazione

Le concentrazioni annuali di ozono sono leggermente aumentate in Europa tra il 2005 e il 2019, mentre i picchi di ozono più elevati sono diminuiti (Solberg et al., 2022). Nel 2020 solo il 19 % di tutte le stazioni di monitoraggio dell'ozono a livello del suolo in Europa ha raggiunto l'obiettivo a lungo termine fissato dalla direttiva del 2008 sulla qualità dell'aria ambiente, secondo cui la media massima giornaliera di otto ore non può superare 120 microgrammi per metro cubo (μg/m3)entro un anno civile. In tutta Europa 21 paesi, tra cui 15 Stati membri dell'UE, hanno registrato concentrazioni di ozono superiori al valore-obiettivo dell'UE per la protezione della salute umana (media massima giornaliera su otto ore di 120 μg/m3)(AEA,2022a). La percentuale della popolazione esposta all'ozono superficiale al di sopra dei livelli obiettivo dell'UE ha oscillato tra un picco del 64 % nel 2003 e il 9 % nel 2014 (AEA,2022b). La percentuale della popolazione esposta a concentrazioni superiori al valore guida a breve termine dell'OMS 2021 (la media massima giornaliera su otto ore di 100 μg/m3)ha oscillato tra il 93 % e il 98 % nel periodo 2013-2020, senza alcuna tendenza al ribasso nel tempo.

Impatti sulla salute

Alti livelli di ozono causano problemi respiratori, innescano l'asma, riducono la funzione polmonare e causano malattie polmonari (OMS, 2008). Nel 2019, 12 253 persone in 23 paesi europei sono state ricoverate in ospedale con malattie respiratorie causate o esacerbate dall'esposizione acuta all'ozono. L'onere della mortalità e della morbilità causate dall'esposizione ai livelli di ozono è in genere inferiore nei paesi dell'Europa settentrionale rispetto al resto dell'Europa (AEA,2022a). Nel 2020 si stima che 24 000 persone nei 27 Stati membri dell'UE siano morte prematuramente a causa dell'esposizione acuta all'ozono superiore a 70 μg/m3. I paesi con i più alti tassi di mortalità nel 2020 a causa dell'esposizione all'ozono sono stati Albania, Montenegro, Grecia, Bosnia-Erzegovina e Macedonia del Nord, in ordine decrescente (SEE, 2022a). Dal 2005 non vi è stata alcuna tendenza specifica nella mortalità legata all'ozono troposferico e la variabilità da un anno all'altro dipende principalmente dalle temperature estive (Solberg et al., 2022).

Oltre agli effetti diretti sulla salute, l'ozono superficiale viene assorbito attraverso gli stomi delle piante e può avere un impatto negativo sulle colture e sulle rese forestali, il che influisce sull'approvvigionamento alimentare. Si stima che le rese di grano siano diminuite in Europa fino al 9% nel 2019. In termini di perdite economiche, sono stati persi 1,4 miliardi di EUR in 35 paesi (SEE, 2022c).

Effetti previsti

Future concentrazioni di ozono troposferico

La variabilità annuale delle concentrazioni di ozono e i suoi valori di picco sono influenzati in modo complesso dai cambiamenti in corso e futuri dei principali parametri atmosferici (Tabella 1). Una maggiore probabilità di ondate di calore porterà probabilmente ad aumenti dei picchi di concentrazione di ozono a livello del suolo. L'aumento della radiazione solare e le temperature estive accelereranno anche il processo chimico di formazione dell'ozono. Le emissioni di COV (il precursore dell'ozono) saranno aumentate dalle estati più calde (Langner et al., 2012), ma anche ridotte da livelli più elevati di CO₂ nell'atmosfera (Szopa et al., 2021). Gli incendi estivi più frequenti fungeranno da fonte di emissioni sia di COV che di CO (Parrington et al., 2013). La rimozione dell'ozono dall'atmosfera attraverso l'assorbimento da parte della vegetazione, a sua volta dannosa per le piante, può essere ridotta dallo stress termico e idrico sulle piante (Szopa et al., 2021). Allo stesso tempo, l'aumento dell'umidità aumenterà la distruzione dell'ozono nelle aree a basso contenuto di NOx, come le aree marittime in Scandinavia (Colette et al., 2015).

Tabella 1: Selezione dei parametri meteorologici che potrebbero aumentare in futuro a causa dei cambiamenti climatici e del loro impatto sui livelli di ozono

^{Fonte: Adattato da Jacob and Winner (2009), The Royal Society (2008) e Lin et al. (2020)}

Si prevede che i futuri cambiamenti climatici aumenteranno le concentrazioni di ozono, ma tale aumento non dovrebbe superare i 5 μg/m3 del massimo giornaliero entro la metà del secolo e sarebbe quindi probabilmente compensato dalle riduzioni dei livelli di ozono dovute alle future riduzioni previste delle emissioni dei precursori dell'ozono. Tuttavia, le proiezioni di fine secolo suggeriscono un aumento delle concentrazioni di ozono fino a 8 μg/m3. Le diminuzioni sono previste solo nelle aree oceaniche e più settentrionali (isole britanniche, paesi scandinavi e baltici) (Figura 1).

Figura 1. Cambiamento futuro modellato delle concentrazioni di ozono a livello del suolo durante l'estate (massime giornaliere) in Europa a metà del secolo (a sinistra) e alla fine del secolo (a destra). Fonte: CTE/ACM (2015)

Impatti sulla salute

La mortalità legata all'esposizione acuta all'ozono dovrebbe aumentare a causa dei cambiamenti climatici entro il 2050, in particolare nell'Europa centrale e meridionale (Orru et al., 2019; Selin et al., 2009). Geels et al. (2015) ha stimato che i cambiamenti climatici da soli porteranno a un aumento del 15 % del numero totale di decessi prematuri acuti legati all'ozono in Europa verso il 2080 nell'ambito dello scenario climatico RCP 4.5. Tra il 2000 e il 2050 le perdite nette in termini di benessere economico (compresi i costi di mortalità e le perdite nel tempo libero) dovute agli impatti sulla salute legati all'ozono derivanti dai cambiamenti climatici e dalle emissioni dei precursori potrebbero ammontare a 9,1 miliardi di EUR. L'effetto sui costi delle variazioni previste delle emissioni supererebbe ampiamente l'impatto climatico (Selin et al., 2009).

Risposte di olicy P

Monitoraggio, obiettivi e avvertenze

Ai sensi della direttiva del 2008 sulla qualità dell'aria ambiente, gli Stati membri sono responsabili del monitoraggio e della comunicazione dei dati sull'ozono troposferico all'Agenzia europea dell'ambiente. Il monitoraggio delle concentrazioni orarie di ozono viene effettuato in quasi 2000 stazioni in tutta Europa, comprese le stazioni di fondo rurali, suburbane e urbane, per documentare l'esposizione della popolazione. Le concentrazioni di ozono sono misurate anche nelle stazioni industriali e di traffico, situate nelle immediate vicinanze di una strada principale o di una zona industriale / fonte.

La direttiva del 2008 sulla qualità dell'aria ambiente fissa un valore-obiettivo e un valore-obiettivo a lungo termine per l'ozono ai fini della protezione della salute umana. Una panoramica delle norme giuridiche per l'ozono troposferico stabilite nella direttiva per proteggere la salute umana e ambientale è riportata nella tabella 2.

Tabella 2 : Panoramica dei valori soglia e obiettivo e degli obiettivi a lungo termine per l'ozono troposferico atmosferico

^{* AOT40 (μg/m3 x ore) è la somma della differenza tra concentrazioni orarie superiori a 80 μg/m3 e 80 μg/m3 in un determinato periodo utilizzando solo i valori di 1 ora misurati tra le 8.00 e le 20.00 ora dell'Europa centrale (CET) ogni giorno}

La direttiva del 2008 sulla qualità dell'aria ambiente prevede anche l'obbligo normativo di informare la popolazione in merito alle alte concentrazioni di ozono troposferico (tabella 2). La soglia di informazione riflette un "livello oltre il quale vi è un rischio per la salute umana derivante da una breve esposizione per parti particolarmente sensibili della popolazione". In caso di superamento della soglia, le autorità nazionali sono tenute a informare il pubblico. La soglia di allerta riflette un "livello oltre il quale vi è un rischio per la salute umana derivante da una breve esposizione per la popolazione in generale". Le autorità nazionali sono tenute a informare il pubblico, fornire consulenza e attuare piani d'azione a breve termine in caso di superamento di tale soglia. Il superamento di entrambe le soglie dovrebbe essere comunicato dagli Stati membri alla Commissione europea.

Le informazioni sulle concentrazioni annuali di ozono sono disponibili presso il visualizzatore delle statistiche sulla qualità dell'aria dell'AEA. Informazioni aggiornate sulla qualità dell'aria sono disponibili presso il visualizzatore della qualità dell'aria UTD dell'AEA e attraverso l'indice europeo della qualità dell'aria. Il servizio di monitoraggio dell'atmosfera di Copernicus fornisce una previsione di 4 giorni delle concentrazioni di ozono a livello del suolo. In diversi paesi europei i livelli di concentrazione di ozono sono inclusi nei piani d'azione per la salute del calore. Cfr. un esempio del Belgio.

Riduzioni di concentrazione

Nel 2021 l'Organizzazione mondiale della sanità (OMS) ha pubblicato nuove linee guida sulla qualità dell'aria per proteggere la salute umana, aggiornando le linee guida sulla qualità dell'aria del 2005 sulla base di una revisione sistematica delle ultime prove scientifiche di come l'inquinamento atmosferico danneggia la salute umana. Nell'ottobre 2022 la Commissione europea ha pubblicato una proposta di revisione della direttiva sulla qualità dell'aria ambiente, che allinea più strettamente le norme dell'UE in materia di qualità dell'aria alle raccomandazioni dell'OMS del 2021 e introduce valori limite per tutti gli inquinanti atmosferici attualmente soggetti a valori-obiettivo, ad eccezione dell'ozono. L'ozono è esentato da questa modifica da valore-obiettivo a valore limite a causa delle complesse caratteristiche della sua formazione nell'atmosfera che complicano il compito di valutare la fattibilità del rispetto di valori limite rigorosi.

L'impatto dei cambiamenti climatici che esacerbano la formazione di ozono potrebbe in parte compensare gli sforzi per ridurre le emissioni di precursori dell'ozono. Si tratta della cosiddetta sanzione per il clima da ozono. La compensazione di tale sanzione climatica rispetto al continente europeo richiederebbe misure di mitigazione ambiziose (riduzione dal 30 al 50 % delle emissioni di NOx e COV). A lungo termine, la riduzione delle emissioni di metano può anche ridurre efficacemente la formazione di ozono. Poiché il metano è anche un importante gas a effetto serra, la sua riduzione apporta benefici anche alla mitigazione dei cambiamenti climatici (UNEP, 2021; JRC, 2018).

Riferimenti

• Colette, A. et al., 2013, European atmosphere in 2050, a regional air quality and climate perspective under CMIP5 scenarios (L'atmosfera europea nel 2050, una prospettiva regionale in materia di qualità dell'aria e clima nell'ambito degli scenari CMIP5), Atmos. Chem. Fisico. 13, 7451-7471. https://doi.org/10.5194/acp-13-7451-2013
• Colette, A. et al., 2015, Is the ozono climate penalty robust in Europe?, Environmental Research Letters 10(8), 084015. https://doi.org/10.1088/1748-9326/10/8/084015.
• Cooper, O.R. et al., 2014, Distribuzione globale e tendenze dell'ozono troposferico: Una revisione basata sulle osservazioni, Elementa 2, 000029. https://doi.org/10.12952/journal.elementa.000029
• AEA, 2022a, Qualità dell'aria in Europa 2022, nota informativa n. 05/2022. Relazione web dell'Agenzia europea dell'ambiente
• AEA, 2022b, Superamento delle norme di qualità dell'aria in Europa. Agenzia europea dell'ambiente
• AEA, 2022c, Impacts of air pollution on ecosystems (Impatti dell'inquinamento atmosferico sugli ecosistemi), relazione web dell'Agenzia europea dell'ambiente.
• ETC/ACM, 2015, Modelled future change in surface summertime ozone concentrations (Modifica futura modellata delle concentrazioni di ozono in superficie durante l'estate)
• Geels, C. et al., 2015, Future premature mortality due to air pollution in Europe–sensitivity to changes in climate, anthropogenic emissions, population and building stock (La futura mortalità prematura dovuta all'inquinamento atmosferico in Europa – sensibilità ai cambiamenti climatici, alle emissioni di origine antropica, alla popolazione e al parco immobiliare), International Journal of Environmental Research and Public Health 12, 2837-2869. https://doi.org/10.3390/ijerph120302837.
• Jacob D.J. e Winner D.A., 2009, Effect of climate change on air quality (Effetti dei cambiamenti climatici sulla qualità dell'aria), Atmosfera 43, 51-63. https://doi.org/10.1016/j.atmosenv.2008.09.051
• JRC, 2018, Global trends of methane emissions and their impacts on ozone concentrations (Tendenze globali delle emissioni di metano e loro impatto sulle concentrazioni di ozono), Centro comune di ricerca, Commissione europea.
• Langner, J., et al., 2012, A multi-model study of impacts of climate change on surface ozono in Europe, Atmospheric Chemistry and Physics 12, 10423-10440. https://doi.org/10.5194/acp-12-10423-2012 (Studio multi-modello degli impatti dei cambiamenti climatici sull'ozono superficiale in Europa, Chimica atmosferica e fisica12, 10423-10440. https://doi.org/10.5194/acp-12-10423-2012)
• Lin, M. et al., 2020, Vegetation feedbacks during drought aggravae ozono air pollution extremes in Europe (I riscontri della vegetazione durante la siccità aggravano gli estremi dell'inquinamento atmosferico da ozono in Europa), Nature Climate Change 10, 444-451. https://doi.org/10.1038/s41558-020-0743-y.
• Monks, P.S., et al., 2015, Tropospheric Ozone and its precursors from the urban to the global scale from air quality to short-lived climate forcer, Atmospheric Chemistry and Physics 15 (L'ozono troposferico e i suoi precursori dalla scala urbana a quella globale, dalla qualità dell'aria alla forzatura climatica di breve durata), 8889-8973. https://doi.org/10.5194/acp-15-8889-2015
• Orru, H., et al., 2019, Ozono e mortalità legata al calore in Europa nel 2050 influenzati in modo significativo dai cambiamenti climatici, dalla popolazione e dalle emissioni di gas a effetto serra, Environmental Research Letters 14, 074013 https://doi.org/10.1088/1748-9326/ab1cd9
• Parrington, M., et al., 2013, Ozone photochemistry in boreal biomass burning plumes, Atmospheric Chemistry and Physics 13, 7321-7341 (Fotochimica dell'ozono nei pennacchi di combustione della biomassa boreale), https://doi.org/10.5194/acp-13-7321-2013.
• Selin, N.E., et al., 2009, Global health and economic impacts of future ozono pollution, Environmental Research Letters 4, 044014. https://doi.org/10.1088/1748-9326/4/044014.
• Solberg, S., et al., 2021, Long-term trends of air pollutants at national level 2005-2019 (Tendenze a lungo termine degli inquinanti atmosferici a livello nazionale 2005-2019), relazione ETC/ATNI n. 9/2021.
• Szopa, S., et al., 2021, Short-Lived Climate Forcers. In: Masson-Delmotte V. et al., 2021, Climate Change 2021: La base della scienza fisica. Contributo del gruppo di lavoro I alla sesta relazione di valutazione del gruppo intergovernativo di esperti sul cambiamento climatico.
• The Royal Society, 2008, L'ozono troposferico nel XXI secolo: tendenze future, impatti e implicazioni politiche,The Royal Society Policy Document
• UNEP, 2021, Valutazione globale del metano: Benefici e costi della mitigazione delle emissioni di metano. CCAC dell'UNEP
• OMS Europa, 2008, Health Risks of Ozone from Long-range Transboundary Air Pollution (Rischi per la salute dell'ozono derivanti dall'inquinamento atmosferico transfrontaliero a lungo raggio). Ufficio regionale per l'Europa dell'Organizzazione mondiale della sanità
  
  

Link a ulteriori informazioni

• Previsioni sull'ozono troposferico
  
  

• Stato della qualità dell'aria in Europa 2023
  
  

• Visualizzatore delle statistiche sulla qualità dell'aria dell'AEA
  
  

• Visualizzatore aggiornato dei dati sulla qualità dell'aria dell'AEA
  
  

• Elementi nel catalogo delle risorse