Festival della Scienza Genova, 4 Novembre 2006 Il particolato atmosferico: cos è e che effetti ha sull ambiente Roberta Vecchi Istituto di Fisica Generale Applicata Università degli Studi di Milano & INFN - Milano
Importanza delle particelle atmosferiche -impatto ambientale: - variazione delle proprietà ottiche dell'atmosfera con effetti sulla visibilità e sul bilancio energetico terrestre - nuclei di condensazione per formazione di nubi e nebbie - contaminazione del suolo e delle acque attraverso deposizione secca e umida - catalisi di reazioni chimiche in atmosfera -erosione e deterioramento di materiali - effetti sulla salute: - possono raggiungere l'organismo attraverso l'apparato respiratorio ed avere effetti sulla salute più o meno dannosi in dipendenza della loro natura fisico-chimica.
Le polveri sottili Dal riscaldamento globale all inquinamento urbano... ma cosa si intende con polveri sottili?
Le dimensioni delle particelle 1 µm =1 micrometro=1 milionesimo di metro 1 nm = 1 nanometro = 1 miliardesimo di metro
Definizione di classi dimensionali PTS (Particolato Totale Sospeso): è composto da tutte le particelle con d ae inferiore a 50-80 µm (era la frazione normata nel passato) PM10: è composto da tutte le particelle con diametro (d ae ) inferiore a 10 µm frazione di particolato normata per legge in Europa PM2.5: è composto da tutte le particelle con d ae inferiore a 2.5 µm probabilmente normata nel prossimo futuro (già in USA) PM1: è detta anche frazione sub-micronica, ècomposta da particelle con d ae inferiore a 1 µm PM0.1: è detta anche frazione ultrafine, è composta da particelle con d ae inferiore a 0.1 µm 1 µm = 1 micron = 1 milionesimo di metro
Le particelle hanno forme molto differenziate particelle atmosferiche raccolte su filtro Immagini fornite dal Centro di Microscopia Elettronica, ARPA Lombardia
Aerosol atmosferico Insieme di particelle liquide e solide in sospensione in atmosfera Origine primaria: immesse direttamente in atmosfera dalle sorgenti Origine secondaria: prodotte in atmosfera da processi chimici e fotochimici, in particolare conversione gas-particelle
Quali sono le sorgenti?
1) Sorgenti naturali, quali ad esempio: Spray marino Trasporto di Sabbia Sahariana Eruzioni vulcaniche Incendi di foreste ed altre ancora
2) Sorgenti antropogeniche, quali ad esempio: Traffico Attività Industriali Riscaldamento domestico Centrali termoelettriche Inceneritori ed altre ancora
Stima emissioni sul piano globale tratto da Singh (ed), Composition, Chemistry and Climate of the Atmosphere, 1995
La composizione chimica (composizione media tipo in area urbana) PM10 Metalli pesanti Elementi suolo PM2.5 Metalli pesanti Elementi suolo Altro Altro Solfato di Ammonio Materiale organico Carbonio elementare Nitrato di Ammonio Solfato di Ammonio Materiale organico Carbonio elementare Nitrato di Ammonio
PARTICOLATO ATMOSFERICO e VISIBILITA USA, 1970, Clear Air Act : la visibilità è citata per la prima volta in una normativa sulla qualità dell aria in relazione all obiettivo di proteggere le aree naturali. Gli USA si sono impegnati in un programma a lungo termine finalizzato a riportare 156 parchi nazionali alle loro condizioni naturali di visibilità.
PM e VISIBILITA Difficoltà nella definizione oggettiva del problema, perché la visibilità è il prodotto dell interazione della luce solare con l atmosfera (processi fisici come assorbimento, diffusione, riflessione, ) ma anche con l occhio umano e con l interpretazione che il cervello umano fa dei segnali che riceve dal sistema visivo.
estinzione totale estinzione cielo limpido definizione di un unità di misura ( deciview =10ln ) che ha stretta relazione con il concetto di estinzione della luce attraverso un percorso in atmosfera (grandezza misurabile) Malm, Introduction to visibility, 1999 Watson, JAWMA 2002 si può valutare la visibilità a partire dalla composizione chimica dell atmosfera e, in particolare, dalla composizione chimica del particolato atmosferico
Il ruolo degli aerosol atmosferici nel Global Change
Effetto Serra L effetto serra è un fenomeno naturale che è dovuto all intrappolamento della radiazione infrarossa da parte delle nubi e di alcuni gas atmosferici (gas serra, che assorbono nella banda dell I.R.), riemettendola verso la superficie terrestre e riscaldando così l atmosfera. E grazie all effetto serra che la temperatura media della Terra è pari a 15 C (+33 C rispetto alla T calcolata dal bilancio energetico). Il problema ambientale denominato effetto serra, più correttamente, va definito come un aumento dell effetto effetto serra
Aumento di temperatura stimato sulle serie temporali relative agli ultimi 100 e 140 anni: 0.6 ± 0.2 C alcuni gas-serra serra e e i solfati IPCC Report, 2001
IPCC Report, 2001
Impatto degli aerosol atmosferici sul clima 1) Effetto diretto : gli aerosol possono diffondere e/o assorbire la radiazione solare, alterando la temperatura atmosferica 2) Effetto indiretto : gli aerosol possono alterare la distribuzione dimensionale e la concentrazione delle particelle nelle nubi con effetti sull albedo e, quindi, sulla temperatura atmosferica 3) Effetti indiretti sulla chimica eterogenea: gli aerosol possono agire come siti di reazioni chimiche e possono accelerare certe reazioni
I solfati (di origine naturale ed antropica) IPCC Report, 2001
I solfati antropogenici producono forcing radiativo negativo portando ad un raffreddamento globale. Nonostante le grosse incertezze (distribuzione spaziale e proprietà ottiche), il forcing è stato stimato essere nel range -0.3/-1.3 Wm -2. d) Forcing diretto da solfati h) Forcing indiretto da solfati (modellizzato) IPCC Report, 2001
Il ruolo delle nubi Nubi basse e spesse Effetto: raffreddamento Nubi alte e sottili Effetto: riscaldamento
Biomass burning I processi di combustione, tra le altre componenti, emettono particelle carboniose (carbonio elementare, EC, e carbonio organico, OC). L EC è il principale assorbitore della radiazione solare; al contrario, l OC non assorbe quasi per nulla ma diffonde efficacemente la radiazione solare. Il forcing radiativo diretto da biomass burning è soprattutto negativo. IPCC Report, 2001
Mineral dust: particelle solide generate da differenti tipologie di suolo o di terreno, sono costituite da complesse miscele di vari minerali. Le principali sorgenti naturali sono le aree desertiche o semi- desertiche Tra le sorgenti antropogeniche ci sono varie attività agricole, la deforestazione, l urbanizzazione, l l industria, L effetto della mineral dust sul budget di radiazione si deve alla sua capacità di diffondere e/o assorbire sia la radiazione solare che quella IR. Quindi il forcing radiativo può essere sia positivo che negativo. L importanza del suo ruolo si deve al fatto che è distribuita su tutto il globo, ha uno spessore ottico rilevante e sulla superficie delle particelle che la compongono sono favorite certe reazioni chimiche con composti dello zolfo, dell azoto e con l ozono.
e poi ci sono anche gli effetti della deposizione del particolato atmosferico anche sul patrimonio artistico
Grazie per l attenzione! roberta.vecchi@unimi.it