Sei già stato in montagna durante la stagione invernale e hai osservato uno strato opaco d’aria sopra a valli e campagne? Oppure ti sei arrabbiato perché circondato da una coltre di nubi grigie che non voleva dissolversi? Queste manifestazioni sono tipiche della stagione invernale e sono dovute a un fenomeno meteorologico per cui uno strato d’aria calda si trova sopra uno di aria fredda. Un fenomeno che si verifica in mancanza (assoluta) di vento. La frontiera tra aria fredda e aria calda è detta inversione termica. Sopra questo strato d’aria le temperature sono relativamente calde e sovente è bel tempo. La massa d’aria fredda sottostante, invece, accumula nel tempo sempre più inquinanti.

L’inversione termica funge da coperchio che impedisce il rimescolamento verticale degli strati d’aria inferiori con quelli superiori. In tal modo le sostanze inquinanti si accumulano nella massa di aria fredda più vicina al suolo. La foschia visibile nella parte bassa dell’inversione termica è composta principalmente da polveri fini. Dal momento che le inversioni termiche si verificano perlopiù nella stagione invernale, l’aria particolarmente inquinata dalle polveri fini viene denominata smog invernale. Il termine «smog» è composto dalle parole inglesi «smoke», fumo, e «fog», nebbia, e indica l’inquinamento visibile dell’aria.

Le polveri fini sono prodotte dalla combustione incompleta di combustibili e carburanti durante i processi industriali e dall’abrasione (tra pneumatici e rivestimento stradale, tra binari e materiale rotabile, tra ganasce freno e tamburo). Le particelle di polvere possono svilupparsi nell’aria anche attraverso reazioni chimiche, che fanno legare sostanze gassose come l’ammoniaca (NH₃), ossidi di azoto (NO_x), diossidi di zolfo (SO₂) e altri composti organici. L’inquinamento prodotto da queste cosiddette polveri fini secondarie è praticamente altrettanto importante di quello prodotto dalle polveri fini primarie.

Le combustioni incomplete si svolgono per esempio negli impianti di riscaldamento non regolati in modo ottimale, nelle stufe a legna e anche nei motori di veicoli, autocarri, motociclette, motorini e piccoli attrezzi di lavoro.

La dimostrazione dell’insegnante nel corso dell’esperimento «Inversione termica» (consolidamento di osservazioni e conoscenze) permette di studiare gli effetti di un’inversione termica.

Sovente le polveri fini sono denominate PM10. PM è l’acronimo inglese di «Particulate Matter», cioè particolato sospeso. Il numero 10 indica il diametro massimo del pulviscolo: 10 micrometri (10 µm). Un capello umano è circa dieci volte più spesso. Le vie respiratorie superiori non riescono a trattenere le particelle di queste dimensioni, o più fini, che possono quindi penetrare fino ai polmoni (Fonte).

Scopri la polvere con l’esperimento «Rendere visibili e udibili le particelle di polvere»

Oltre alle PM10 (polveri grossolane) esistono classificazioni ancora più precise, come le PM2.5 (polveri fini) e le PM0.1 (polveri ultrafini). A partire dalle PM2.5 si parla anche di polveri fini respirabili (Fonte). Di conseguenza queste particelle di pulviscolo possono penetrare fino nei bronchioli (sottilissimi rami) e nei gruppi degli alveoli polmonari. Le PM0.1 (particelle ultrafini) penetrano anche nel tessuto polmonare e nel sangue, arrivando a diffondersi in tutto il corpo, fino a raggiungere addirittura il cervello.

A causa della loro diversa origine, le polveri fini possono avere composti chimici diversi. Fra le particelle più velenose vi sono quelle di fuliggine (molto fini e cancerogene). Nelle vicinanze della fonte, per esempio vicino a un motore diesel senza filtro antiparticolato, le particelle presentano un diametro massimo pari a un decimillesimo di millimetro (PM0.1). Queste particelle di polvere particolarmente fini hanno anche una struttura frastagliata che favorisce il deposito di altre sostanze tossiche.

Raccogliere e analizzare campioni di polvere: esperimento «Polvere al microscopio». Questo esperimento deve essere preparato 24 ore prima dell’esecuzione.

Per la maggior parte della popolazione il carico delle polveri fini è molto elevato nella stagione invernale, quando le inversioni termiche sono più frequenti e persistono per lungo tempo. Gli inquinanti che provengono, ad esempio, dagli impianti a legna non riescono a disperdersi sufficientemente, così che il carico in prossimità del suolo risulta particolarmente alto. Le polveri fini possono tuttavia costituire un problema anche durante la stagione estiva.

L’ordinanza federale contro l’inquinamento atmosferico (OIAt) definisce i valori limite per le polveri fini. Il valore medio annuo per le PM10 è di 20 µg/m³ (microgrammi per metro cubo di aria), mentre il valore medio giornaliero è pari a 50 µg/m³. Grazie a provvedimenti mirati che agiscono alla fonte, negli ultimi anni è stato possibile ridurre sensibilmente l’inquinamento causato dalle polveri fini, in particolare tramite l’equipaggiamento dei motori diesel con filtri antiparticolato. Adottando il piano d’azione Polveri fini, la Svizzera assume una posizione esemplare a livello mondiale nell’ambito della lotta contro la fuliggine da diesel. Malgrado questi successi i valori limite vengono in parte ancora superati (Fonte).

L’inquinamento dovuto alle polveri fini non varia soltanto a seconda delle stagioni, ma anche a seconda delle regioni. Ad esempio, il carico in Ticino è spesso particolarmente elevato, soprattutto nella parte meridionale, a causa delle emissioni di inquinanti a livello locale unite alla situazione geografica. Inoltre si registra un afflusso di aria fortemente inquinata proveniente dalla pianura Padana.
A nord delle Alpi, a essere maggiormente colpiti sono soprattutto i grandi agglomerati urbani (Zurigo, Basilea, Berna e Ginevra). Tuttavia, anche lungo le autostrade principali si misurano regolarmente valori di polveri fini elevati.

Nel mondo vi sono alcuni luoghi dove lo smog è più forte, come ad esempio nella città di Salt Lake City, negli Stati Uniti, a causa della sua posizione topografica (circondata da montagne), oppure a Pechino, in Cina, in quanto sono ancora in funzione molte centrali a carbone che emettono quantità elevate di inquinanti.

L'esperimento «Dove si trova la polvere?» permette di rivelare la presenza di particelle di polvere nell’ambiente. Questo esperimento deve essere preparato 24 ore prima dell’esecuzione.

Puoi ridurre il carico dovuto all’impianto di riscaldamento, regolandolo a una temperatura adeguata e aerando correttamentei locali durante il periodo invernale. Oltre a fare risparmiare energia e quindi a ridurre le emissioni di CO₂, tali accorgimenti permettono anche, a seconda del tipo di riscaldamento, di limitare l’emissione di polveri fini. Ogni locale della casa dovrebbe avere una temperatura diversa a seconda della propria destinazione d’uso. L’illustrazione riporta le diverse temperature consigliate. Inoltre, l’abitazione andrebbe arieggiata a più riprese, meglio farlo in modo breve ma intenso piuttosto che blando ma prolungato nel tempo. Infine, anche il tipo di impianto di riscaldamento installato influisce sulla produzione di polveri fini.

Anche gli impianti a legna sono importanti fonti di polveri fini. Per ridurre il carico di polveri fini, l’ideale sarebbe evitare i fuochi all’aperto e l’utilizzo di caminetti e stufe a legna. Una accensione corretta permette di ridurre sensibilmente la produzione di polveri fini proveniente dagli impianti a legna.

Infine, anche la scelta dei mezzi di trasporto incide sulla riduzione delle polveri fini. Ogni volta che è possibile, bisognerebbe utilizzare la propria forza muscolare (spostandosi a piedi o in bicicletta) oppure i mezzi di trasporto pubblico. I mezzi di trasporto individuali, ovvero automobili, motociclette e motorini, contribuiscono ad aumentare il carico di polveri fini. Per quanto riguarda i veicoli a diesel, bisogna assicurarsi che siano equipaggiati con filtri antiparticolato, in grado di trattenere il 99 per cento delle polveri fini.