Ozono a livello del suolo

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 (COV), 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 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 CO dovute agli incendi boschivi e le emissioni di metano nella biosfera (Cooper et al., 2014; Monks et al., 2015).

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Le concentrazioni massime di ozono si verificano generalmente a decine di chilometri di distanza dalle aree urbane dove le principali fonti di precursori dell'ozono sono, 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 sottoposti a 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 pronunciato ciclo stagionale 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 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 della popolazione

Le concentrazioni annuali di ozono sono aumentate leggermente in Europa tra il 2005 e il 2019, mentre i picchi più elevati di ozono 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 nella direttiva del 2008 sulla qualità dell'aria ambiente, secondo cui la media massima giornaliera di otto ore non può superare i 120 microgrammi per metro cubo (μg/m³) nell'arco di 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 di otto ore di 120 μg/m³⁾(SEE,2022a). La percentuale di 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 indicativo a breve termine dell'OMS per il 2021 (media massima giornaliera di 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, 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 per malattie respiratorie causate o esacerbate dall'esposizione acuta all'ozono. L'onere della mortalità e della morbilità causati dall'esposizione ai livelli di ozono è in genere inferiore 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 dell'esposizione acuta all'ozono superiore a 70 μg/m3. I paesi con i tassi di mortalità più elevati 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. Le rese di grano sono state stimate in diminuzione 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

Concentrazioni future 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 principali parametri atmosferici in modo complesso (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 delle temperature estive accelererà 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 caso di futuri cambiamenti climatici e 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 nel massimo giornaliero entro la metà del secolo e sarebbe quindi probabilmente compensato da riduzioni dei livelli di ozono dovute alle future riduzioni previste delle emissioni di precursori dell'ozono. Tuttavia, le proiezioni di fine secolo suggeriscono un aumento fino a 8 μg/m3 delle concentrazioni di ozono. Le diminuzioni sono previste solo sulle aree oceaniche e più settentrionali (isole britanniche, paesi scandinavi e baltici) (Figura 1).

Modellato il futuro cambiamento nelle concentrazioni di ozono a livello del suolo durante l'estate (massima giornaliera) in Europa alla metà del secolo (a sinistra) e alla fine del secolo (a destra).

_{Fonte: CTE/ACM (2015)}

Impatti sulla salute

Si prevede che la mortalità legata all'esposizione acuta all'ozono aumenterà 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. Le perdite nette di benessere economico (compresi i costi di mortalità e le perdite per il tempo libero) dovute agli impatti sulla salute legati all'ozono derivanti dai cambiamenti climatici e dalle emissioni dei precursori potrebbero accumularsi a 9,1 miliardi di EUR tra il 2000 e il 2050. L'effetto sui costi delle variazioni previste delle emissioni supererebbe ampiamente l'impatto climatico (Selin et al., 2009).

Risposte politiche

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 relativi all'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 un'area/fonte industriale.

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. La tabella 2 fornisce una panoramica delle norme giuridiche per l'ozono troposferico stabilite nella direttiva per proteggere la salute umana e ambientale.

Tabella 2: Panoramica dei valori soglia e dei valori-obiettivo e degli obiettivi a lungo termine per l'ozono atmosferico a livello del suolo

^{* AOT40 (μg/m3 x ore) è la somma della differenza tra concentrazioni orarie superiori a 80 μg/m3 e 80 μg/m3 in un dato 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 obblighi normativi per informare la popolazione in merito alle elevate 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 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 esiste 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, a fornire consulenza e ad 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 di statistiche sulla qualità dell'aria dell'AEA. Informazioni aggiornate sulla qualità dell'aria sono disponibili presso il visualizzatore UTD della qualità dell'aria dell'AEA e attraverso l'indice europeo della qualità dell'aria. Il servizio di monitoraggio atmosferico 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. Si veda 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 più recenti prove scientifiche di come l'inquinamento atmosferico danneggi la salute umana. Nell'ottobre 2022 la Commissione europea ha pubblicato una proposta di revisione della direttiva sulla qualità dell'aria ambiente, che allinea maggiormente 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 esonerato da questo cambiamento da 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 aggravano la formazione di ozono potrebbe in parte compensare gli sforzi per ridurre le emissioni di precursori dell'ozono. Si tratta della cosiddetta "sanzione climatica per l'ozono". Compensare questa sanzione climatica sulla terraferma europea richiederebbe misure di mitigazione ambiziose (riduzione delle emissioni di NOx e COV dal 30 al 50 %). A lungo termine, la riduzione delle emissioni di metano può anche ridurre in modo efficiente la formazione di ozono. Poiché anche il metano è un importante gas a effetto serra, la sua riduzione avvantaggia anche la mitigazione dei cambiamenti climatici (UNEP, 2021; JRC, 2018).