Monitoraggio dei suoli in Europa e Metalli Pesanti

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1 Monitoraggio dei suoli in Europa e Metalli Pesanti Piacenza, 1 ottobre 2008 Ciro Gardi, Luca Montanarella, Luis Rodríguez-Lado Monitoraggio dei suoli: situazione attuale e prospettive future 1

2 La contaminazione dei suoli La mobilizzazione di inquinanti dalle loro riserve naturali e la successiva dispersione nell atmosfera, el suolo e nelle acque, costituisce uno dei principali impatti delle attivita antropiche sull ambiente. Gran parte dei suoli di vaste aree dei paesi industrializzati sono caratterizzati da contenuti di elementi e composti, considerati tossici, in concentrazioni notevolmente superiori a valori di fondo naturali. I metalli pesanti rappresentano una importante fonte di contaminazione dei suoli. In molti casi tuttavia, sopratutto in Europa, risulta difficile definire dei valori di fondo riferibili alla condizione originaria del suolo. 2

3 La Strategia Tematica per il Suolo Il suolo è praticamente una risorsa naturale non rinnovabile, e svolge funzioni cruciali per le attività umane e gli ecosistemi Proposta di direttiva quadro sul suolo (COM(2006)232 definitivo, ) La protezione del suolo e la conservazione delle sue capacità di svolgere una qualsiasi delle seguenti funzioni ambientali, economiche, sociali e culturali: produzione di biomassa, in particolare nei settori dell agricoltura e della silvicoltura; stoccaggio, filtrazione e trasformazione di nutrienti, sostanze e acqua; riserva di biodiversità, ad esempio habitat, specie e geni; ambiente fisico e culturale per le persone e le attività umane; fonte di materie prime; stoccaggio di carbonio; sede del patrimonio geologico e archeologico. 3

4 La proposta di Direttiva e la contaminazione del suolo Prevenzione della contaminazione Definizione di Sito Contaminato: un sito nel quale sia stata confermata la presenza di sostanze pericolose di origine antropica ad un livello tale che gli Stati membri ritengono possa comportare un rischio significativo per la salute umana o per l ambiente. Il rischio è valutato alla luce dell utilizzo attuale e dell utilizzo futuro approvato del terreno Inventario dei Siti Contaminati 4

5 Le concentrazioni di riferimento di metalli pesanti nei suoli Europei Geochemical baseline background value Attivita iniziata nel 1997 da 26 Stati Membri, con il coordinamento del FOREGS (Forum of European Geological Surveys) Il prodotto finale e costituito dall Atlante Geochimico d Europa 5

6 Elaborazioni sul Dataset FOREGS 1558 punti relativi a campioni di suolo Concentrazioni di As, Cd, Cr, Cu, Hg, Ni, Pb e Zn Estrazione con Acqua Regia (tranne mercurio) Analisi con ICP-AES (tranne mercurio) Utilizzazione di variabili ausiliarie nel processo di interpolazione 6

7 Carte distribuzione dei metalli pesanti 7

8 Perche la geostatistica? Consente di ottenere stime obiettive: della concentrazione dei metalli della incertezza associata Offre la possibilita di utilizzare un numero elevato di variabili ausiliarie (predittive) Consente di effettuare stime accurate delle concentrazioni di metalli pesanti nel suolo. Le procedure possono essere automatizzate (R scripts) 8

9 FOREGS soil database 9

10 Variabili obiettivo 8 metalli pesanti nel suolo: As, Cd, Cr, Cu, Hg, Ni, Pb, Zn 10

11 11 FOREGS soil database: Analisi esplorativa AS CD CR CU HG foregs$as foregs$cd foregs$cr foregs$cu foregs$hg NI foregs$ni PB foregs$pb ZN logas logcd logcr logcu loghg log(foregs$as) log(foregs$cd) log(foregs$cr) log(foregs$cu) log(foregs$hg) logni log(foregs$ni) logpb log(foregs$pb) foregs$zn logzn TAS TCD TCR TCU THG foregs$tas foregs$tcd foregs$tcr foregs$tcu foregs$thg TNI foregs$tni TPB foregs$tpb log(foregs$zn) TZN foregs$tzn

12 FOREGS soil database: Analisi esplorativa TAS TCD TCR TCU THG TNI TPB TZN foregs$tas foregs$tcd foregs$tcr foregs$tcu foregs$thg foregs$tni foregs$tpb foregs$tzn TAS = ln(as stand /1-AS stand ) AS stand = (AS-AS min )/(AS max -AS min ) 12

13 Principal Component Analysis PC1 PC TAS TCD TCR TCU THG TNI TPB TZN FOREGS soil database: Analisi esplorativa Principal Component Analysis PC1 PC AS CD CR CU HG NI PB ZN

14 Regression-kriging Regressione multipla lineare Y j 14 Y j = a 1 X 1 + a 2 X a n X n + ε j Variabile incognita j Kriging γ εj Semi-varianza Continue Dati ausiliari i Puntuali distanza (m) residui j (processo di interpolazione realizzato sulla base dell autocorrelazione tra le varibili) a i X i i Somma tra le due carte regressione Dati ausiliari kriging residui regressionkriging Variabili incognite

15 Variabili ausiliarie 15

16 PCA delle variabili ausiliarie Principal Component Analysis 16

17 PCA delle variabili ausiliarie Multiple Regression Analysis 17

18 Analisi della struttura spaziale: il semivariogramma 18

19 Risultati 19

20 Risultati: Pb 20

21 Confronto tra Kriging Ordinario e Regression Kriging 21

22 Risultati: Ni 22

23 Correlazioni Ni 3DPlot of Ni content over PC2, PC4 & PC14 23

24 Risultati: Cd 24

25 Concentrazione complessiva di metalli in Europa 25 (1) Liege (Arrondissement) (BE), Attiki (GR), Darlington (UK), Coventry (UK), Sunderland (UK), Kozani (GR), Grevena (GR), Hartlepool & Stockton (UK), Huy (BE), Aachen (DE) (As, Cd, Cu, Hg and Pb) (2) central Greece and Liguria region in Italy (Cr and Ni).

26 Stima dell errore 26

27 Disponibilita dei dati 27

28 Validazione Confronto tra Kriging Ordinario e Regression Kriging Abbastanza buono: Ni, Pb Medio: As, Cd, Hg Debole: Cr, Cu, Zn 28

29 Conclusioni FOREGS e un esempio di dataset paneuropeo idoneo all applicazione di metodi geostatistici. In molti casi la distribuzione spaziale dei metalli pesanti e strettamente correlata ad altri fattori, quali geologia, urbanizzazione, copertura vegetale. 29

30 Conclusioni La disponibilita di cartografia di maggior dettaglio, relativa alle variabili ausiliarie, e di ulteriori dati, consentira di ottenere risultati piu accurati nel processo di interpolazione spaziale: Dati puntuali aggiuntivi Basi di dati GIS Luis Rodrguez Lado, Tomislav Hengl, Hannes I. Reuter. Heavy metals in European soils: a geostatistical analysis of the FOREGS Geochemical database, Geoderma (In Press) 30

31 Grazie per l attenzione 31