O₃ ð O₂ + O

Per queste sue caratteristiche l’ozono è quindi un energico ossidante in grado di demolire sia materiali organici che inorganici.

L’ozono è presente per più del 90% nella stratosfera (la fascia dell’atmosfera che va dai 10 ai 50 Km di altezza) dove viene prodotto dall’ossigeno molecolare per azione dei raggi ultravioletti solari. In stratosfera costituisce una fascia protettiva nei confronti delle radiazioni UV generate dal sole.

Per effetto della circolazione atmosferica viene in piccola parte trasportato anche negli strati più bassi dell’atmosfera (troposfera), nei quali si forma anche per effetto di scariche elettriche durante i temporali.

Nella troposfera in genere è presente a basse concentrazioni e rappresenta un inquinante secondario particolarmente insidioso. Viene prodotto nel corso di varie reazioni chimiche in presenza della luce del sole a partire dagli inquinanti primari, in modo particolare dal biossido di azoto.

Gli effetti sull’uomo di una eccessiva esposizione all’ozono riguardano essenzialmente l’apparato respiratorio e gli occhi; da segnalare anche l’azione nociva nei confronti della vegetazione e quella distruttiva nei confronti dei materiali.

O + O₂ ð O₃

A loro volta le molecole di ozono che si formano nel corso di questa reazione assorbono le radiazioni solari con lunghezza d’onda compresa fra 240 e 340 nm, e questo ne provoca la fotolisi che libera un atomo ed una molecola di ossigeno

O₃ ð O₂ + O

In definitiva questi processi instaurano un equilibrio dinamico che mantiene la concentrazione di ozono pressoché costante e che permette di schermare più del 90% delle pericolose radiazioni UV provenienti dal sole.

L’abbattimento delle radiazioni UV ad elevata energia fa sì che nella troposfera inferiore questo meccanismo di formazione dell’ozono non sia attivo, per cui l’ozono troposferico è presente esclusivamente per il ridotto scambio atmosferico fra troposfera e stratosfera e per la formazione di ozono a partire da inquinanti atmosferici primari.

Nella troposfera la sorgente principale di ozono è data dal biossido di azoto che in presenza della luce solare dà origine per fotolisi all’ossigeno atomico (che produce l’ozono reagendo con l’ossigeno molecolare). Una notevole quantità di ozono viene anche prodotta nel corso delle ossidazioni degli idrocarburi presenti nell’aria, fra i quali anche i terpeni liberati dai vegetali.

La produzione di ozono da parte dell’uomo è, quindi, indiretta dato che questo gas si origina a partire da molti inquinanti primari. Per estensione si può quindi affermare che le principali sorgenti antropogeniche risultano essere quelle che liberano gli inquinanti precursori e cioè il traffico automobilistico, i processi di combustione, l’evaporazione dei carburanti, i solventi, ecc.

Per quanto riguarda l’ozono troposferico bisogna sottolineare che la concentrazione del gas varia anche di molto a seconda della zona geografica considerata, dell’ora, del periodo dell’anno, delle condizioni climatiche, della direzione e velocità del vento, del grado di inquinamento primario, ecc.

La concentrazione di fondo alle nostre latitudini varia fra 0,03 e 0,07 ppm, anche se nell’ultimo secolo è praticamente raddoppiata; nelle zone industriali ed urbane aumenta al ritmo dell’1-2 % all’anno.

Nelle aree urbane i livelli massimi di concentrazione si verificano in genere verso mezzogiorno e sono preceduti, nelle prime ore del mattino, da concentrazioni massime di ossidi di azoto e di idrocarburi rilasciati dal forte traffico dei veicoli all’inizio della giornata (composti che ne costituiscono i precursori); dopo le ore 18 di solito questi valori scendono e raggiungono i minimi durante la notte a testimonianza dell’importanza della luce nella produzione dell’ozono.

Le più alte concentrazioni di ozono si rilevano nei mesi più caldi dell’anno, per la forte insolazione; le condizioni di alta pressione e di scarsa ventilazione favoriscono inoltre il ristagno degli inquinanti ed il loro accumulo.

Dato che l’inquinamento da ozono interessa in particolare solo 4-6 ore del giorno, si considera di solito solo la concentrazione media massima oraria.

Nei grandi centri urbani si sono superati i valori di 0,1 ppm in circa 15-100 giorni dell’anno. In alcune città nei paesi in via di sviluppo si raggiungono anche valori di 1 ppm; in Italia in casi eccezionali sono stati superati i 0,3 ppm. A questi valori l’ozono non rappresenta solo un inquinante atmosferico, ma un vero e proprio pericolo per la salute.

Da sottolineare il fatto che l’ozono urbano si può diffondere anche in aree più periferiche o in campagna dove la ridotta presenza di inquinanti riducenti (come il monossido di azoto) rende l’ozono più stabile; la concentrazione può quindi rimanere alta per lunghi periodi e raggiungere anche dei picchi in aree impensabili come, ad esempio, i parchi cittadini.

La concentrazione dell’ozono viene rilevata anche come indice della presenza dello smog fotochimico del quale l’ozono è uno dei rappresentanti principali; l’OMS ha stabilito un limite massimo di 0,1 ppm.

Negli ambienti interni la concentrazione di ozono e di ossidanti fotochimici è di norma inferiore a quella esterna dato che queste sostanze reagiscono con i materiali presenti; da notare che le combustioni interne dei fornelli (che producono monossido di azoto) tendono a ridurre la concentrazione di ozono perché il monossido riduce l’ozono ad ossigeno

NO + O₃ ð NO₂ + O₂

In ambienti interni di lavoro le esposizioni professionali all’ozono interessano le zone dove si effettuano operazioni di saldatura, si impiegano precipitatori elettrostatici per le polveri, si utilizzano lampade UV e negli uffici per l’uso di macchine fotocopiatrici.

Alla concentrazione di 0,008-0,02 ppm (15-40 µg/mc) è possibile già rilevarne l’odore; a 0,1 ppm provoca una irritazione agli occhi ed alla gola per la sua azione nei confronti delle mucose. Concentrazioni più elevate causano irritazioni all’apparato respiratorio, tosse ed un senso di oppressione al torace che rende difficoltosa la respirazione.

I soggetti più sensibili, come gli asmatici e gli anziani possono essere soggetti ad attacchi di asma anche a basse concentrazioni. Alla concentrazione di 1 ppm provoca mal di testa e a 1,7 ppm può produrre edema polmonare.

In presenza di altri ossidanti fotochimici, di biossido di zolfo e di biossido di azoto, l’azione dell’ozono viene sempre potenziata per effetto sinergico. Concentrazioni elevate possono provocare la morte.

Numerosi casi di gravi intossicazioni da ozono sono state riferite per i lavoratori addetti alle saldature, in quanto vi è un maggior irraggiamento di radiazioni UV nell’ambiente e, di conseguenza, una formazione di ozono in loco.

Studi sugli animali dimostrano che l’ozono può ridurre la capacità del sistema immunitario di combattere le infezioni batteriche nel sistema respiratorio.

Tutte queste patologie si riferiscono ad esposizioni relativamente brevi, le conseguenze derivate da un’esposizione per vari anni a concentrazioni non elevate sono ancora poco chiare (si sospetta comunque una notevole influenza nell’aumento delle allergie).

Gli eventuali disturbi correlati alla presenza dell’ozono in genere terminano se i soggetti colpiti soggiornano in ambienti salubri. Comunque i ricercatori sono concordi nel ritenere che ripetuti danni a breve termine dovuti all’esposizione ad ozono, possono danneggiare in modo permanente l’apparato respiratorio. Per esempio, l’azione ripetuta dell’ozono sui polmoni in via di sviluppo dei bambini può portare ad una ridotta funzionalità polmonare da adulti. Inoltre, l’esposizione all’ozono può accelerare il declino della funzionalità polmonare che avviene come risultato del naturale processo di invecchiamento. In ogni caso è da sottolineare il fatto vi sono grandi differenze individuali nelle risposte a questo inquinante. I soggetti più sensibili sono: i soggetti asmatici e quelli con patologie polmonari e cardiovascolari; gli anziani; le donne incinte; i bambini; chi fa attività fisica sostenuta all’aperto (lavoro, sport, svago) perché l’aumentata attività fisica causa un aumento della respirazione (che si fa anche più profonda).

I danni dovuti all’ozono possono anche verificarsi senza alcun segno evidente. Qualche volta non ci sono sintomi, mentre altre volte sono troppo leggeri per essere percepiti.

Le persone che vivono nelle aree dove i livelli di ozono sono spesso alti possono verificare che i sintomi iniziali dovuti alla presenza dell’ozono si affievoliscono col passar del tempo (in modo particolare quando l’esposizione ad alti livelli di ozono persiste per parecchi giorni consecutivi). Questo non significa che hanno sviluppato una resistenza all’ozono: infatti l’ozono continua a danneggiare l’apparato respiratorio anche quando i sintomi sono scomparsi. Quando i livelli di ozono sono più alti del normale, bisognerebbe diminuire il tempo passato all’aperto, o almeno ridurre l’attività fisica all’aria aperta per proteggere la propria salute fino al momento in cui il livello di ozono non scende.

Il primo effetto visibile si manifesta sui cloroplasti che, dopo l’esposizione, assumono una colorazione verde chiara e si rompono facilmente, disperdendo la clorofilla nel citoplasma cellulare. L’ozono provoca un’alterazione del bilancio ionico, modifica gli amminoacidi, altera il metabolismo proteico, modifica la composizione in acidi grassi insaturi e reagisce con i residui solfidrici. Provoca un crollo immediato del livello di ATP, probabilmente a causa dello sbilanciamento ionico ed inibisce la fissazione della CO₂.

L’ozono causa clorosi con colorazione giallo pallido delle foglie (particolarmente evidente negli aghi dei pini) e provoca un prematuro invecchiamento della pianta. A causa dell’esposizione ad ozono compaiono fra le nervature delle lesioni sull’apparato fogliare di un colore marrone pallido o intenso (anche rosso porpora nelle piante nelle quali l’ozono stimola la formazione del pigmento antocianina). Come le lesioni si allargano, la foglia diviene di colore marrone e qualche volta color bronzo, poi cade. Le piante più vecchie sono quelle che vengono colpite prima.

Molti studi hanno dimostrato che è l’esposizione ad elevate concentrazioni per breve tempo che provoca i danni maggiori; le esposizioni a livelli costanti sono meno dannose.

Le specie più sensibili all’ozono sono: il tabacco, gli spinaci, l’erba medica, l’avena, la segala, i fagioli, l’orzo ed il noce; su queste piante, sempre meno frequenti in prossimità delle aree urbane, è possibile notare la comparsa dei primi sintomi di sofferenza già a concentrazioni di 0,05-0,12 ppm di ozono.

La foto a lato illustra una foglia di tabacco esposta a concentrazioni di ozono relativamente basse. La pianta è stata trattata con ozono alla concentrazione di 70 ppb (0,14 mg/mcubo) per 7 ore al giorno per un periodo di due settimane.

Il Decreto Ministeriale 25/11/94 fissa il livello di attenzione ed il livello di allarme per quanto riguarda l’ozono nelle aree urbane: considerando la media oraria (media delle misure effettuate nell'arco di 1 ora) il livello di attenzione è fissato in 180 µg/mc, mentre il livello di allarme è posto a 360 µg/mc.

Per conformarsi alla direttiva CEE 92/72/CEE, con il Decreto Ministeriale del 16/05/1996 sono state aggiunte le soglie seguenti: considerando il valore medio sulle 8 ore il livello per la protezione della salute ha come soglia massima 110 µg/mc; considerando il valore medio in un’ora il livello per la protezione della vegetazione ha come soglia massima 200 µg/mc; considerando il valore medio su 24 ore il livello per la protezione della vegetazione ha come soglia massima 65 µg/mc.