Caratterizzazione del particolato fine atmosferico: attuale situazione e prospettive

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1 Caratterizzazione del particolato fine atmosferico: attuale situazione e prospettive Sandro Fuzzi Istituto di Scienze dell Atmosfera e del Clima Consiglio Nazionale delle Ricerche Bologna

2 Aerosol atmosferico Intervallo dimensionale μm Dimensione minima misurabile Deposizione gravitazionale

3 Distribuzione dimensionale dell aerosol ultrafino intervallo di accumulazione grossolano NUMERO SUPERFICIE VOLUME dn/dlog D p (cm -3 ) ds/dlog D p (μm 2 cm -3 ) dv/dlog D p (μm 3 cm -3 )

4 Distribuzione di massa

5 Intervallo di concentrazione numero/massa Type of aerosol Particle number (N/cm 3 ) Mass concentration (μg/m 3 ) Plume Urban area Rural area Remote continental area Remote marine area Antarctic Plateau ca. 50 1

6 Aerosol primario/secondario Aerosol primario: è emesso direttamente in atmosfera Aerosol secondario: le particelle sono formate in atmosfera (per condensazione o nucleazione dei precursori gassosi)

7 Ciclo dell aerosol atmosfera trasporto e trasformazione emissione deposizione superficie

8 Immissione di aerosol in atmosfera Processi di frammentazione (usualmente d >> 1 μm) Processi di combustione (ampio intervallo dimensionale) Processi di conversione (d << 1 μm) aerosol primario aerosol secondario

9 Ciclo dell aerosol atmosfera trasporto e trasformazione emissione deposizione superficie

10 Conversione gas-to to-particle Due o più specie gassose reagiscono per via fotochimica producendo un nuovo composto a bassa tensione di vapore Il nuovo composto può: condensare su una particella pre-esistente esistente (aumento della dimensione) nucleare formando una nuova particella ultrafine (aumento del numero)

11 Aerosol primario e secondario secondary particles gases coagulation condensation aged primary particles contain primary and secondary matter chemistry primary particles emitted gases Source Source

12 Formazione di particelle ultrafini nella Pianura Padana 00:00 12:00 24:00

13 Frequenza di episodi di nucleazione nella Pianura Padana Event days (Classes (1+2+3)) / All days Frequency% % % % % % % % medie su 30 mesi di dati 0.00 % Jan Feb Mar Apr May June July Aug Sep Oct Nov Dec Months

14 Mt. Everest ABC-Pyramid 27.9N, 86.7E; 5079 m asl Nucleazione a 5000 m in Himalaya 16 mesi database nucleazione 200 giorni su 511

15 Ciclo dell aerosol atmosfera trasporto e trasformazione emissione deposizione superficie

16 Rimozione di aerosol dall'atmosfera Due serie di meccanismi sono responsabili della rimozione di aerosol dall'atmosfera: processi per via secca (sedimentazione, turbolenza, impatto) processi per via umida (incorporazione nelle nubi e deposizione nelle precipitazioni)

17 Tempo di residenza di aerosol in atmosfera giorni intervallo di accumulazione 10 ore 0.01 diffusione Browniana coagulazione diametro (micrometri) sedimentazione 1

18 Uno studio europeo

19 Massa di aerosol in siti diversi

20 Composizione chimica dell aerosol atmosferico Contrariamente alle molecole gassose, per le quali la composizione è univocamente definita, l aerosol atmosferico è composto da particelle ognuna delle quali è un entità a se stante

21 Aerosol atmosferico

22 Saharan dust plume (2 Marzo 2002) Immagine SeaWIFFS Aerosol inquinanti Polveri Sahariane

23 Componenti principali dell aerosol Composti inorganici (principalmente solfato, nitrato, ammonio) Black carbon (BC) Carbonio organico (OC)

24 Aerosol organico Ancora di recente solamente la frazione inorganica dell aerosol era conosciuta Oggi sappiamo invece che i composti carboniosi, ubiquitari, possono contribuire dal 20% a > 80% della massa dell aerosol fine

25 Composition of fine aerosol remote marine area 1 μg/m 3 OC BC inorganic polluted marine area 6 μg/m 3 remote forested area 3 μg/m 3 polluted continental area 40 μg/m 3 biomass burning area 60 μg/m 3

26 Aerosol mass spectrometer (AMS) 1) E uno strumento commerciale (Aerodyne) 2) Permette l analisi on-line di BC, OC, SO 4, NO 3, NH 4, Cl, ecc. e della loro distribuzione dimensionale fra 50 and 600 nm

27 Composizione dell aerosol in diverse aree del globo

28 Composti inorganici/organici

29 Aerosol biologico: una questione aperta

30 Effetti dell aerosol sulla salute Loss in life expectancy attributable to anthropogenic PM2.5 [months] Un recente studio negli USA (Pope et al., N. Engl. J. Med.,, 2009) ha riportato che 10 μg/m 3 di minore carico di aerosol corrispondono ad un aumento di ca. 7 mesi dell aspettativa di vita

31 Effetto diretto ed indiretto dell aerosol sul clima

32 Effetti sul clima L aerosol atmosferico influenza il clima terrestre secondo due meccanismi: diretto:: riflettendo nello spazio la radiazione solare incidente; indiretto:: in quanto agisce come nuclei di condensazione (CCN) per la formazione di nubi che, a loro volta, riflettono nello spazio la radiazione solare. Ambedue questi meccanismi hanno un effetto di raffreddamento sul clima terrestre

33 Qualità dell aria e cambiamenti climatici sono collegati!!! I problemi di inquinamento atmosferico dipendono dalla meteorologia e dal clima Cambiamenti del clima cambieranno quindi le caratteristiche ed i processi che riguardano gli inquinanti Cambiamenti del clima possono anche cambiare le emissioni di specie quali i VOC dalla vegetazione, spray marino, polveri Sahariane, etc. D altra parte, cambiamenti della qualità dell aria influenzano il clima a livello regionale, in particolare per quanto riguarda il particolato atmosferico I benefici ottenibili combinando le politiche relative a qualità dell aria e cambiamenti climatici son quindi ovvi in termini di minori costi per ottenere maggiori benefici in ambedue i campi

34 FINE...grazie per l attenzione!!!

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