Cinzia Perrino. CONSIGLIO NAZIONALE delle RICERCHE. ISTITUTO sull INQUINAMENTO ATMOSFERICO. Area della Ricerca RM1 Montelibretti (Roma)

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1 Cinzia Perrino CONSIGLIO NAZIONALE delle RICERCHE ISTITUTO sull INQUINAMENTO ATMOSFERICO Area della Ricerca RM1 Montelibretti (Roma) I nuovi limiti per il materiale particellare sospeso: problematiche e prospetttive Roma, 13 maggio 21

2 CONCENTRAZIONE (µg/m 3 ) La dimensione e la composizione chimica PM 1 - ROME TRAFFIC STATION PRIM. ANTHR. COMP. SECONDARY COMP. SEA-SALT CRUSTAL MATTER Gli effetti sulla salute Metodi di source apportionment. La ricerca delle sorgenti I sali di ammonio e gliorganicivolatili Le difficoltà nel prelievo Gli effetti sul clima e sull ecosistema L individuazione dei contributi terrigeni locali La componente terrigena, locale, trasportata e risollevata PM Il rispetto della legislazione La certificazione deglieventinaturali Il bio-aerosol La componente organica L aerosol secondario Le mappe spaziali La quantificazione dei diversi contributi biologici La combustione delle biomasse

3 particella minerale aggregato da emissione Diesel aerosol marino materiale biologico (pelle) LE PARTICELLE NON SONO AFFATTO SOTTILI C. Perrino C.N.R. Istituto sull Inquinamento Atmosferico Roma

4 Solo poche specie chimiche inorganiche costituiscono più dell 1% della massa del PM: NATURA CHIMICA... alcuni metalli: Al, Si, Fe i principali anioni: Cl -, NO 3-, SO 4=, CO - 3 i principali cationi: Na, NH 4+, K +, Mg ++, Ca ++ il carbonio elementare il 2-6% del PM è costituito invece da materiale organico (classe formata da migliaia di specie diverse, nessuna delle quali rappresenta individualmente oltre l 1% della massa di PM) per le specie organiche il monitoraggio si concentra quindi sulle specie tossiche e nocive e suitracciantidisorgentispecifiche

5 1. Anioni e cationi Cromatografia ionica (IC) (NO 3-, SO 4=, Cl -, Na +, Ca ++, Mg ++, K +, NH 4+ ) 2. Carbonio elementare ed organico (EC, OC) Analizzatore termo-ottico ottico 3. Metalli di provenienza crustale (Si, Al, Fe, Ca, K) Fluorescenza di raggi X (ED-XRF) 4. Metalli in tracce (As, Cd, Cr, Cu, Mg, Mn, Ni, Pb, Sb, Sn, Ti, V, Zn) Spettroscopia di emissione al plasma (ICP-OES)

6 PM 1 PM 2.5 PM Filtro in Teflon Filtro in quarzo Metalli crustali ED-XRF Analisi termo-ottica Carbonio elementare Carbonio organico Estrazione Metalli in tracce ICP- OES Cromatografia ionica Anioni e cationi Mineralizzazione Metalli in tracce ICP- OES

7 CONCENTRAZIONE DI MASSA DEL PM 1 A MONTELIBRETTI (ROMA) RISULTANTE DALLA DETERMINAZIONE GRAVIMETRICA (blu) E RICOSTRUITA COME SOMMA DEI RISULTATI DELLE ANALISI CHIMICHE (rosso)

8 MARE VULCANI NATURALI DESERTI ESSERI VIVENTI SORGENTI TRAFFICO ANTROPOGENICHE RISCALDAMENTO INDUSTRIA C. Perrino C.N.R. Istituto sull Inquinamento Atmosferico Roma

9 A PARTIRE DALLA COMPOSIZIONE CHIMICA DEL PM SI PUO ARRIVARE A STIMARE LA FORZA DELLE SORGENTI PRINCIPALI [combustione]] = EC EC [OM] [biosfera]] = OM O 1.1 EC [atmosfera]] = NH nss SO = 4 + NO - 3 [mare] = (Na( + + Cl - ) * [SO = 4 Mg Ca K] [terra] = 1.89 Al Si Fe Na I Ca I Mg I K I + CO 3 + Mg S + Ca S

10 BILANCIO DI MASSA - Stazione fondo urbano di Roma R 2 = DETERMINAZIONE GRAVIMETRICA 8 7 ANALISI CHIMICA 7 CONCENTRAZIONE (µg/m 3 ) analisi chimica (µg/m 3 ) OTTOBRE - DICEMBRE determinazione gravimetrica (µg/m 3 ) PM 1 - Stazione fondo urbano di Roma TERRA ATMOSFERA COMBUSTIONE MARE BIOSFERA CONCENTRAZIONE (µg/m 3 ) OTTOBRE - DICEMBRE 27

11 Determinabile chimicamente solo in minima parte COMPOSIZIONE MEDIA DEL PM 1 STAZIONE MONTELIBRETTI - ANNO 27 ATMOSFERA 19% BIOSFERA 45% MARE 4% TERRA 24% COMBUSTIONE 8%

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14 SEA COMBUSTION ATMOSPHERE BIOSPHERE SOIL ug/m3 SUMMER SEA COMBUSTION ATMOSPHERE SOIL BIOSPHERE ug/m3 URBAN BACKGROUND MONTELIBRETTI REGIONAL BACKGROUND WINTER ug/m SPRING URBAN BACKGROUND MONTELIBRETTI REGIONAL BACKGROUND MONTELIBRETTI REGIONAL BACKGROUND URBAN BACKGROUND

15 ROMA - ANNUALE - stazione di TRAFFICO ROMA - ANNUALE - stazione di FONDO URBANO ROMA - ANNUALE - stazione PERI-URBANA ROMA - ANNUALE - staz. di FONDO REGIONALE MARE 4% ATMOSFERA 17% BIOSFERA 29% ATMOSFERA 23% BIOSFERA 36% MARE 4% ATMOSFERA 2% BIOSFERA 43% ATMOSFERA 22% BIOSFERA 55% MARE 6% MARE 4% TERRA 19% COMBUSTIONE 31% TERRA 19% COMBUSTIONE 16% TERRA 22% COMBUSTIONE 11% TERRA 13% COMBUSTIONE 6% FERRARA - INVERNO - stazione PERI-URBANA FERRARA - ESTATE - stazione PERI-URBANA ATMOSFERA 36% BIOSFERA 42% ATMOSFERA 25% BIOSFERA 42% MARE 2% TERRA 1% COMBUSTIONE 1% MARE 2% TERRA 2% COMBUSTIONE 11% TEL AVIV - PRIMAVERA - stazione URBANA TUNISI - PRIMAVERA - staz. di FONDO URBANO TUNISI - PRIMAVERA - stazione di TRAFFICO ATMOSFERA 24% BIOSFERA 2% COMBUSTIONE 9% MARE 11% ATMOSFERA 14% BIOSFERA 24% MARE 7% ATMOSFERA 9% BIOSFERA 26% MARE 13% TERRA 34% TERRA 45% COMBUSTIONE 6% TERRA 43% COMBUSTIONE 15% MONTENEGRO - ESTATE - stazione FONDO REGIONALE MONTENEGRO - ESTATE - stazione URBANA ATMOSFERA 7% BIOSFERA 6% ATMOSFERA 9% BIOSFERA 45% MARE 2% TERRA 25% COMBUSTIONE 6% MARE 1% TERRA 33% COMBUSTION E 12%

16 CAMPIONAMENTO PM 1 PRESSO UN PAESE IN UNA VALLE ALPINA (CHAMONIX) E ALL USCITA DEL TUNNEL DEL MONTE BIANCO (FEBBRAIO 28) Distanza fra le postazioni: circa 2 Km POSTAZIONE CHAMONIX POSTAZIONE USCITA TUNNEL

17 CAMPIONAMENTO PM 1 PRESSO UN PAESE IN UNA VALLE ALPINA (CHAMONIX) E ALL USCITA DEL TUNNEL DEL MONTE BIANCO (FEBBRAIO 28) concentrazione (ug/m 3 ) DETERMINAZIONE GRAVIMETRICA ANALISI CHIIMICA concentrazione (ug/m3) DETERMINAZIONE GRAVIMETRICA ANALISI CHIIMICA 15/2 16/2 17/2 18/2 19/2 2/2 21/2 22/2 23/2 24/2 25/2 26/2 27/2 28/2 29/2 15/2 16/2 17/2 18/2 19/2 2/2 21/2 22/2 23/2 24/2 25/2 26/2 27/2 28/2 29/2 CHAMONIX (4.4 mg/m 3 ) TUNNEL (6.1 mg/m 3 ) ATMOSFERA 7% BIOSFERA 71% NaCl 3% ATMOSFERA 8% BIOSFERA 18% NaCl 2% TERRA 5% COMBUSTIONE 15% TERRA 11% COMBUSTIONE 33%

18 DETERMINAZIONE DEL LEVOGLUCOSANO ng/m 3 5 CHAMONIX INVERNO MONTENEGRO INVERNO CITTA' FONTECHIARI INVERNO FERRARA INVERNO MONTENEGRO INVERNO FONDO FERRARA AUTUNNO ROMA - FONDO URBANO INVERNO CHAMONIX ESTATE ROMA - FONDO REGIONALE ESTATE TUNISI PRIMAVERA TEL AVIV PRIMAVERA TUNNEL MONTE BIANCO INVERNO ROMA - FONDO URBANO ESTATE FERRARA ESTATE TUNNEL MONTE BIANCO ESTATE TRACCIANTE DELLA COMBUSTIONE DI BIOMASSE Il levoglucosano è prodotto dalla decomposizione della cellulosa a T>3 C E prodotto dalla legna ma non dalle foglie Si trova integralemente nella frazione fine del PM Nella legna da ardere costitusce l 11-17% del carbonio organico (studi USA*)

19 ATMOSFERA 7% BIOSFERA 5% COMBUSTIONE BIOMASSE 66% NaCl 2% TERRA 5% COMBUSTIONE 15% POSTAZIONE CHAMONIX ATMOSFERA 8% BIOSFERA 14% COMBUSTIONE BIOMASSE 4% NaCl 3% POSTAZIONE USCITA TUNNEL TERRA 11% COMBUSTIONE 33%

20 concentrazione (µg/m 3 ) COMBUSTIONE BIOMASSE COMBUSTIONE ATMOSFERA BIOSFERA TERRA NaCl PM1 paese PM1 traforo PM2.5 paese PM2.5 traforo

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22 L emissione da combustione di legna è il principale responsabile dell incremento della concentrazione atmosferica delle specie organiche. OC ug/m3 EMISSIONE BIOMASS BURNING ug/m3 ROMA - FONDO REGIONALE ESTATE ROMA - FONDO REGIONALE INVERNO Differenza inverno - estate FERRARA ESTATE FERRARA INVERNO Differenza inverno - estate ROMA - FONDO URBANO ESTATE ROMA - FONDO URBANO INVERNO Differenza inverno - estate CHAMONIX ESTATE CHAMONIX INVERNO Differenza inverno - estate

23 COME E PERCHE VARIA LA CONCENTRAZIONE DI PM NELLO SPAZIO E NEL TEMPO? VARIA L INTENSITA DELLE SORGENTI? C. Perrino C.N.R. Istituto sull Inquinamento Atmosferico Roma

24 concentrazione atmosferica degli inquinanti emissione (e trasformazioni chimico-fisiche) rimescolamento della bassa atmosfera Le informazioni sul volume di aria disponibile per la diluizione degli inquinanti ci permettono di disaccoppiare le variazioni di concentrazione dovute a cambiamenti nei flussi emissivi da quelle dovute a cambiamenti nelle capacità di diluizione dell atmosfera Farebbe comodo uno STRUMENTO DI NORMALIZZAZIONE

25 Attività beta totale della progenie a vita breve del Radon

26 MONITOR di STABILITA ATMOSFERICA Lo strumento campiona le particelle atmosferiche e determina la radioattività naturale dovuta alla progenie del Radon (media oraria). Buon indice delle proprietà di diluizione della bassa atmosfera Identificazione dei periodi di stabilità atmosferica e di quelli avvettivi

27 Durante i mesi caldi l andamento della radioattività naturale è ben modulato: quasi tutti i giorni mostrano stabilità notturna e rimescolamento convettivo diurno. NATURAL RADIOACTIVITY Durante i mesi freddi i periodi di alta pressione si alternano a quelli avvettivi. Il rimescolamento diurno è debole e di durata limitata COUNTS / MINUTE DECEMBER

28 Interpretazione delle variazioni della concentrazione di PM

29 PM 2.5 PM 2.5 CONCENTRAZIONE (µg/m 3 ) CONCENTRAZIONE (µg/m 3 ) GENNAIO - FEBBRAIO 27 RADIOATTIVITA' NATURALE RADIOATTIVITA' NATURALE conteggi / minuto 15 1 conteggi / minuto GENNAIO - FEBBRAIO 27 OCTOBER 6 JANUARY 7 Le condizioni critiche della Pianura Padana

30 MONITORAGGIO DELLA RADIOATTIVITA NATURALE A COSA PUO SERVIRE: Interpretare le variazioni a breve termine della concentrazione atmosferica degli inquinanti (influenza della meteorologia) Stimare gli effetti dei provvedimenti di restrizione della circolazione Valutare la tendenze a lungo termine della concentrazione atmosferica degli inquinanti Stimare l importanza degli eventi naturali di PM... PASSARE DALLA VALUTAZIONE OCCHIOMETRICA AD UNA STIMA SEMI-QUANTITATIVA

31 confronto INDICE DI STABILITA ATMOSFERICA e BENZENE

32 INDICI DI STABILITA ATMOSFERICA PER IL PARTICOLATO PM 1 ROME PM 1 URBAN ROMA - BACKGROUND Villa Ada STATION SPERIMENTALE MEASURED INDEX PREVISTO 6 µg / m GENNAIO, NOVEMBRE, DICEMBRE 24

33 IDENTIFICAZIONE DEGLI EVENTI NATURALI: PM 1 ROME URBAN BACKGROUND STATION Nel caso di eventi naturali (es. trasporto di sabbie dal Sahara) MEASURED INDEX l indice si discosta dal valore del PM, che è molto maggiore. L analisi chimica del PM mostra che la differenza è dovuta all incremento della componente crostale È quindi possibile stimare la concentrazione di PM che sarebbe stata misurata in assenza dell evento evento

34 QUALI SONO LE CONDIZIONI TIPICHE CHE PORTANO AD UN RAPIDO INCREMENTO DELLA CONCENTRAZIONE DI PM?: Stabilità notturna che si ripete per parecchi giorni successivi (stagione estiva) Scarso rimescolamento sia notturno che diurno (stagione invernale) NATURAL RADIOACTIVITY NATURAL RADIOACTIVITY OTTOBRE DICEMBRE 24 e le intrusioni di sabbie dal Nord-Africa

35 9 VILLA ADA - PM 1 9 VILLA ADA - PM 1 5 VILLA ADA - PM 1 5 VILLA ADA - PM 1 µg/m GENNAIO VILLA ADA - PM FEBBRAIO VILLA ADA - PM S U P E R A M E N T I LUGLIO VILLA ADA - PM 1 µg/m AGOSTO VILLA ADA - PM 1 µg/m MARZO VILLA ADA - PM APRILE VILLA ADA - PM 1 N E L L A N N O SETTEMBRE VILLA ADA - PM 1 µg/m OTTOBRE VILLA ADA - PM µg/m MAGGIO GIUGNO NOVEMBRE DICEMBRE STABILITA INVERNALE (notturna e diurna) STABILITA ESTIVA (solo notturna) SABBIA NORD-AFRICANA (rilevata dal modello DREAM)

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