Caratterizzazione del particolato fine atmosferico: attuale situazione e prospettive Sandro Fuzzi Istituto di Scienze dell Atmosfera e del Clima Consiglio Nazionale delle Ricerche Bologna
Aerosol atmosferico Intervallo dimensionale 0.003 20 μm Dimensione minima misurabile Deposizione gravitazionale
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 )
Distribuzione di massa
Intervallo di concentrazione numero/massa Type of aerosol Particle number (N/cm 3 ) Mass concentration (μg/m 3 ) Plume 10 7 10 2-10 5 Urban area 10 4-10 6 50-200 Rural area 10 3-10 4 10-50 Remote continental area 1000-2000 2-10 Remote marine area 100-500 1-5 Antarctic Plateau ca. 50 1
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)
Ciclo dell aerosol atmosfera trasporto e trasformazione emissione deposizione superficie
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
Ciclo dell aerosol atmosfera trasporto e trasformazione emissione deposizione superficie
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)
Aerosol primario e secondario secondary particles gases coagulation condensation aged primary particles contain primary and secondary matter chemistry primary particles emitted gases Source Source
Formazione di particelle ultrafini nella Pianura Padana 00:00 12:00 24:00
Frequenza di episodi di nucleazione nella Pianura Padana Event days (Classes (1+2+3)) / All days Frequency% 70.00 % 60.00 % 50.00 % 40.00 % 30.00 % 20.00 % 10.00 % medie su 30 mesi di dati 0.00 % Jan Feb Mar Apr May June July Aug Sep Oct Nov Dec Months
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
Ciclo dell aerosol atmosfera trasporto e trasformazione emissione deposizione superficie
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)
Tempo di residenza di aerosol in atmosfera 100 1000 10 100 giorni 1 0.1 intervallo di accumulazione 10 ore 0.01 diffusione Browniana coagulazione 0.001 0.1 0.001 0.01 0.1 1 10 100 diametro (micrometri) sedimentazione 1
Uno studio europeo
Massa di aerosol in siti diversi
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
Aerosol atmosferico
Saharan dust plume (2 Marzo 2002) Immagine SeaWIFFS Aerosol inquinanti Polveri Sahariane
Componenti principali dell aerosol Composti inorganici (principalmente solfato, nitrato, ammonio) Black carbon (BC) Carbonio organico (OC)
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
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
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
Composizione dell aerosol in diverse aree del globo
Composti inorganici/organici
Aerosol biologico: una questione aperta
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
Effetto diretto ed indiretto dell aerosol sul clima
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
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
FINE...grazie per l attenzione!!!