Il Black Carbon: un problema ambientale dalla scala globale alla scala locale Roberta Vecchi Gruppo di ricerca di Fisica dell Ambiente roberta.vecchi@unimi.it
Cos è il Black Carbon?
nonostante l apparente familiarità, allo stato dell arte non sono ancora ben definiti tutti gli aspetti che lo riguardano (definizione, metodologie di misura e stima degli effetti) The blind men and the elephant a proposito di Black Carbon è nero è carbonio è refrattario è un aggregato The blind men and the elephant. Poem by John Godfrey Saxe (Cartoon originally copyrighted by the authors; G. Renee Guzlas, artist). è insolubile è un assorbitore di luce
Perchè black Perché, è un assorbitore di luce e in particolare - tra le varie componenti dell aerosol atmosferico, il Black Carbon (BC) è il maggiore assorbitore della radiazione solare Aerosol atmosferico = insieme di particelle solide e liquide in sospensione in atmosfera (emesse da sorgenti naturali e antropiche)
Perché carbon Perché si tratta di un agglomerato di piccole sfere di carbonio elementare, la cui dimensione e forma è molto variabile. Dimensione originaria ~ 20-30 nm, subito dopo l emissione si formano dei cluster, delle catene lineari o ramificate (aggregati e agglomerati) che raggiungono dimensioni dell ordine dei µm 1 nm = 10-9 m = 0.000000001 metri 1 µm = 10-6 m = 0.000001 metri A seguito di processi di invecchiamento in atmosfera le particelle di BC si modificano
Origine del Black Carbon Processi di combustione incompleta: insufficienza di ossigeno per portare a completa ossidazione (CO 2 ) tutto il carbonio presente nel combustibile utilizzato nella combustione
Sorgenti di BC a scala globale Traffico Incendi savana Riscaldamento a biomassa Combustione di biomassa per cucinare Industria (combustione di carbone) Bond et al. 2013 EECCA=Eastern Europe, Caucasus and Central Asia
Effetti a scala globale: interazioni aerosol-clima 1. Effetti diretti Particelle che diffondono la luce (es. solfato) -> effetto di raffreddamento dell atmosfera Particelle che assorbono la luce (es. black carbon) -> effetto di riscaldamento dell atmosfera
2. Effetti indiretti (associati a tutti gli aerosol atmosferici in quanto nuclei di condensazione per la formazione nubi) Es. aerosol marino Es. particelle di BC, solfato, nitrato, carbonio organico, ecc Effetti sulla vita media delle nubi e sulle proprietà ottiche delle nubi (riflessione/assorbimento/trasmissione della luce)
Esempio: ship tracks nube inquinata nube non inquinata SHIP TRACKS: tracce lasciate dalle emissioni delle navi visibili nelle nubi al largo della costa francospagnola. Immagini fornite dallo spettroradiometro MODIS (MODerate resolution Imaging Spectroradiometer) a bordo del satellite AQUA (immagine relativa al giorno 27/1/ 2003)
3. Effetti sull albedo del pianeta (albedo = potere riflettente) Neve con depositi di BC -> aumentato assorbimento (diminuzione albedo) Neve pulita -> elevata riflettività (elevata albedo) Black Carbon depositato su ghiacciai in Tibet Effetti di feed-back! diminuzione albedo maggiore scioglimento ghiacciai più radiazione solare assorbita
alcune stime quantitative CO 2 e CH 4 famosi gas serra BC Forcing radiativo (W/m 2 ) Forcing radiativo = cambiamento nell irradianza netta dovuta alla variazione di concentrazione di una determinata specie presente in atmosfera
Il Black Carbon a scala urbana Andamento tipico giornaliero BC Città Studi, Milano, inverno 2012 9000 6 concentratione numero particelle (#/cm 3 ) 7500 6000 4500 3000 1500 0 5 4 3 2 1 0 BC (mg/m 3 ) NO x (ppb/20) dati del gruppo di Fisica dell Ambiente UniMi 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.00 11.00 12.00 13.00 14.00 15.00 16.00 17.00 18.00 19.00 20.00 21.00 22.00 23.00 ora d<700nm NOx BC Andamento tipico BC giorni feriali/festivi Città Studi, Milano, inverno 2012 A scala urbana il BC è buon tracciante per emissioni da traffico concentrazione BC (mg/m 3 ) 7 6 5 4 3 2 1 0 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 10.00 11.00 12.00 13.00 14.00 15.00 16.00 17.00 18.00 19.00 20.00 21.00 22.00 23.00 ora BC_giorni lavorativi BC_weekend
BC ed effetti sulla salute Diesel exhaust µm µm Il BC è un vettore per componenti tossiche/cancerogene (es. metalli pesanti e Idrocarburi Policiclici Aromatici, IPA).
BC ed effetti sui beni culturali Formazione di croste nere Solfatazione -> formazione di gesso (CaSO 4 2H 2 O) inclusione particelle BC calcite (CaCO 3 )
Effetti sulla visibilità Asian brown clouds Sorgenti
..le concentrazioni di BC in Città Studi negli ultimi 15 giorni. (dati del gruppo di Fisica dell Ambiente) roberta.vecchi@unimi.it MAC=6.6 m 2 /g