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Effetti dell'ozono troposferico sulla salute umana nei cambiamenti climatici

Clicca nell'immagine per accedere alla previsione dell'ozono a livello del suolo di quattro giorni dal servizio di monitoraggio dell'atmosfera di Copernicus

Problemi di salute

L'ozono a livello del suolo 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, riduzione della funzionalità polmonare e infiammazione delle vie aeree; esposizione a lungo termine con asma aggravata e una maggiore incidenza di ictus. Contrariamente agli impatti dannosi dell'ozono troposferico o a livello del suolo — l'ozono che respiriamo — l'ozono stratosferico è benefico per la salute umana bloccando 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 da attività di trasporto e 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 di 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 CO2 e le emissioni di metano nella biosfera (Cooper et al., 2014; Monks et al., 2015).

Le concentrazionimassime di ozono si verificano generalmente a decine di chilometri dalle aree urbane dove le principali fonti di precursori dell'ozono sono, a differenza di altri inquinanti atmosferici (come particolato e biossido di azoto) che si concentrano in gran parte nelle città. Poiché la formazione fotochimica di ozono richiede diverse ore, i venti possono trasportare il pennacchio di inquinamento prima di formare 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 generalmente più basse di ozono nei centri urbani in cui viene emesso 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 radiazioni solari, le concentrazioni di ozono in genere raggiungono un massimo giornaliero poche ore dopo mezzogiorno. Le concentrazioni seguono anche un marcato ciclo stagionale che in Europa raggiunge i picchi 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; le ondate di calore intense possono portare ai valori di picco dell'ozono. Il rapporto con la luce solare significa che l'Europa meridionale tende ad avere concentrazioni di ozono più elevate rispetto all'Europa settentrionale (SEE, 2022a).

Concentrazioni ed esposizione alla popolazione

Le concentrazioni annuali di ozono sono aumentate leggermente in Europa tra il 2005 e il 2019, mentre i picchi di ozono più elevati erano diminuiti (Solberg et al., 2022). Nel 2020, solo il 19 % di tutte le stazioni di monitoraggio dell'ozono a livello del suolo in tutta Europa ha raggiunto l'obiettivo a lungo termine fissato nella direttiva 2008 sulla qualità dell'aria ambientale, 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 (la media giornaliera massima di otto ore di 120 µg/m3) (SEE, 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 (SEE, 2022b). La percentuale della popolazione esposta a concentrazioni superiori al valore orientativo a breve termine 2021 dell'OMS (la media giornaliera massima di otto ore di 100 µg/m3) ha oscillato tra il 93 % e il 98 % nel periodo 2013-2020, senza una tendenza decrescente nel tempo.

Impatti sulla salute

Alti livelli di ozono causano problemi respiratori, scatenano 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 aggravate dall'esposizione acuta all'ozono. L'onere della mortalità e della morbilità causato dall'esposizione ai livelli di ozono è tipicamente più basso nei paesi dell'Europa settentrionale rispetto al resto dell'Europa (SEE, 2022a). Nel 2020, si stima che 24 000 persone nei 27 Stati membri dell'UE siano morte prematuramente a causa di un'esposizione acuta all'ozono superiore a 70 µg /m 3. 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 di grado decrescente (SEE, 2022a). Dal 2005 non vi è stata alcuna tendenza specifica nella mortalità legata all'ozono a livello del suolo e la variabilità anno per anno 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 influire negativamente sulle colture e sulle rese forestali, il che influisce sull'approvvigionamento alimentare. Si stima che le rese di frumento siano ridotte in Europa fino al 9 % nel 2019. In termini di perdite economiche, 1,4 miliardi di EUR sono stati persi in 35 paesi (SEE, 2022c).

Effetti proiettati

Future concentrazioni di ozono a livello del suolo

La variabilità annuale delle concentrazioni di ozono e i suoi valori di picco sono influenzati dai cambiamenti in corso e futuri dei parametri atmosferici chiave in modo complesso (Tabella 1). Una maggiore probabilità di ondate di calore probabilmente porterà ad aumenti dei picchi di concentrazione dell'ozono a livello del suolo. L'aumento della radiazione solare e le temperature estive accelereranno anche il processo chimico di formazione di ozono. L'emissione di COV (il precursore dell'ozono) sarà aumentata di estati più calde (Langner et al., 2012), ma anche ridotta di livelli più elevati di CO2 nell'atmosfera (Szopa et al., 2021). Gli incendi estivi più frequenti fungeranno da fonte di emissioni di COV e 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 in aree a basso tenore di NOx, come le aree marittime in Scandinavia (Colette et al., 2015).

 

Tabella 1: Selezione dei parametri meteorologici che potrebbero aumentare nell'ambito dei futuri cambiamenti climatici e del loro impatto sui livelli di ozono

Cambiamenti climatici

Conseguenze

Impatto sui livelli di ozono

La temperatura

Chimica più veloce

Aumento

 

Decomposizione delle specie di serbatoi di ossidi di azoto (PAN)

Aumento

Aumento delle emissioni biogeniche (VOC, NO)

Aumento

Concentrazioni di CO2

Riduzione delle emissioni biogeniche

Decremento

Radiazione solare (ad esempio diminuzione della nuvolosità o ridotta profondità ottica dell'aerosol)

Fotochimica più veloce

Aumento (high NOx)
Diminuzione (basso NOx)

Precipitazione

Scavenging dei precursori solubili (HNO3)

Decremento

Umidità atmosferica

Aumento della distruzione dell'ozono

Aumento (high NOx)
Diminuzione (basso NOx)

Eventi di siccità

Diminuzione dell'umidità atmosferica e temperature più elevate

Aumento

Stress vegetale e ridotta apertura stomata ridotta deposizione secca sul terreno

Aumento

 

Lo stress dell'impianto riduce le emissioni di BVOC

Decremento

Aumento della frequenza degli incendi selvatici

Aumento

Modelli meteorologici bloccati

Episodi più frequenti di aria stagnante

Aumento

Aumento delle ondate di calore estive/stagioni secche

Aumento

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

I futuri cambiamenti climatici dovrebbero aumentare le concentrazioni di ozono, ma questo aumento non dovrebbe superare i 5 µg/m3 nel massimo giornaliero entro la metà del secolo e sarebbe quindi probabilmente superato dalle riduzioni dei livelli di ozono dovute alle previste riduzioni future delle emissioni dei precursori dell'ozono. Tuttavia, le proiezioni di fine secolo suggeriscono un aumento fino a 8 µg/m3 nelle concentrazioni di ozono. Le diminuzioni sono proiettate solo sulle aree oceaniche e settentrionali (isole britanniche, scandinave e paesi baltici) (figura 1).

 

Figura 1. Cambiamenti futuri modellati nelle concentrazioni di ozono a livello del suolo estivo (massime giornaliere) sull'Europa a metà del secolo (a sinistra) e alla fine del secolo (a destra). Fonte: ECC/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 il cambiamento climatico da solo porterà ad un aumento del15 % nel numero totale di morti premature acute legate all'ozono in Europa verso gli anni 2080 nello scenario climatico RCP 4.5. Le perdite nette di benessere economico (compresi i costi di mortalità e le perdite per il tempo libero) a causa degli impatti sanitari legati all'ozono derivanti dai cambiamenti climatici e delle emissioni dei precursori potrebbero accumularsi a 9,1 miliardi di EUR tra il 2000 e il 2050. L'effetto sui costi dei cambiamenti previsti nelle emissioni supererebbe in gran parte l'impatto climatico (Selin et al., 2009).

Policia risposte

Monitoraggio, obiettivi e avvertenze

Ai sensi della direttiva 2008 sulla qualità dell' aria ambiente, gli Stati membri europei sono responsabili del monitoraggio e della comunicazione dei dati relativi all'ozono a livello del suolo all'Agenzia europea dell'ambiente. Il monitoraggio delle concentrazioni orarie di ozono viene eseguito in quasi 2000 stazioni in tutta Europa, comprese le stazioni 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 un'area/fonte industriale.

La direttiva 2008 sulla qualità dell' aria ambiente stabilisce un valore obiettivo e un valore obiettivo a lungo termine per l'ozono per la protezione della salute umana. Una panoramica delle norme giuridiche per l'ozono a livello del suolo 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

Valore obiettivo per la protezione della salute umana

Target valore per la protezione della vegetazione

Obiettivo a lungo termine
per la protezione della salute umana

Obiettivo a lungo termine
per la protezione della vegetazione

Soglia d'informazione
per la protezione della salute umana

Soglia di allerta per la protezione della salute umana

media massima giornaliera di 8 ore: 120 µg/m3 su più di 25 giorni per anno civile in media su tre anni

AOT40* da maggio a luglio: 18 000 µg/m 3x h in media su cinque anni

media massima giornaliera di 8 ore nell'arco di un anno civile: 120 µg/m3

AOT40* da maggio a luglio: 6 000 µg/m 3x h

Concentrazione di 1 ora: 180 µg/m3

Concentrazione di 1 ora: 240 µg/m3

* AOT40 (µg/m³ x ore) è la somma della differenza tra concentrazioni orarie superiori a 80 µg/m³ e 80 µg/m³ per un dato periodo utilizzando solo i valori di 1 ora misurati tra 8.00 e 20,00 ora centrale (CET) ogni giorno

 

La direttiva 2008 sulla qualità dell' aria ambiente comprende anche gli obblighi normativi di informare la popolazione in merito alle concentrazioni elevate di ozono troposferico (tabella 2). La soglia di informazione riflette un "livello oltre il quale esiste un rischio per la salute umana derivante da una breve esposizione per sezioni particolarmente sensibili della popolazione". Quando la soglia è superata, 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 generale". Le autorità nazionali sono tenute a informare il pubblico, fornire consulenza e attuare piani d'azione a breve termine quando tale soglia è superata. Il superamento di entrambe le soglie dovrebbe essere comunicato dagli Stati membri alla Commissione europea.

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 del SEE e tramite l' indice europeo di 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. Vedere un esempio dal Belgio qui.

Riduzione della 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 più recenti 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 gli standard di qualità dell'aria dell'UE più strettamente alle raccomandazioni dell'OMS per il 2021 e introduce valori limite per tutti gli inquinanti atmosferici attualmente soggetti a valori obiettivo, ad eccezione dell'ozono. L'ozono è esentato da questo passaggio dal valore obiettivo al 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 aggrava la formazione di ozono potrebbe in parte compensare gli sforzi volti a ridurre le emissioni di precursori dell'ozono. Si tratta di una sanzione per il clima di ozono. La compensazione di questa sanzione climatica per la terraferma europea richiederebbe misure ambiziose di mitigazione (dal 30 % al 50 % di riduzione 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 avvantaggia anche la mitigazione dei cambiamenti climatici (UNEP, 2021; JRC, 2018).

 

Referenze

Link per ulteriori informazioni