INQUINAMENTO ATMOSFERICO E INQUINAMENTO ATMOSFERICO E CONSERVAZIONE CONSERVAZIONE

DEL PATRIMONIO COSTRUITODEL PATRIMONIO COSTRUITO

Alessandra Bonazza Alessandra Bonazza Istituto di Scienze dellIstituto di Scienze dell’’Atmosfera e del Clima ISACAtmosfera e del Clima ISAC--CNR, BolognaCNR, Bologna

a.bonazza@isac.cnr.ita.bonazza@isac.cnr.it

Aula 'Riccardo Guzzardi'Aula 'Riccardo Guzzardi'Istituto IFCIstituto IFC--CNR, LecceCNR, Lecce

MERCOLEDI' 26 GENNAIO 2011MERCOLEDI' 26 GENNAIO 2011

Interazione ambiente Interazione ambiente –– beni culturalibeni culturaliDiversi materiali esposti a differenti condizioni atmosfericheDiversi materiali esposti a differenti condizioni atmosferiche

-- Materiali lapidei:Materiali lapidei:MarmoMarmoCalcareCalcareArenariaArenariaMalteMalteMattoniMattoniRocce argilloseRocce argillose

-- Metalli:Metalli:FerroFerroBronzoBronzoRameRamePiomboPiomboZincoZinco

-- VetroVetro

MATERIALIMATERIALI

-- Gas (SOGas (SO22 , NO, NOxx,..),..)-- Particelle Particelle -- Spray marinoSpray marino-- Precipitazioni Precipitazioni -- TemperaturaTemperatura-- UmiditUmiditàà Relativa Relativa -- VentoVento

PARAMETRIPARAMETRI

INTERAZIONEINTERAZIONE

A. Bonazza, ISAC-CNR, Bologna Lecce, 26 Gennaio 2011

EFFETTI SUL PATRIMONIO CULTURALEEFFETTI SUL PATRIMONIO CULTURALEEFFETTI SUL PATRIMONIO CULTURALE

•Formazione di croste nere e strati di degrado

•Dissoluzione chimica (arretramento superficiale)

•Cristallizzazione di saliA. Bonazza, ISAC-CNR, Bologna Lecce, 26 Gennaio 2011

White Tower, LondraWhite Tower, Londra

Nanjing, CinaNanjing, Cina AREE NEREAREE NERE

Interazione ambiente - beni culturali in aree urbane

Interazione ambiente Interazione ambiente -- beni culturali beni culturali in aree urbanein aree urbane

AREE BIANCHEAREE BIANCHE-- Aree soggette al dilavamentoAree soggette al dilavamento-- DissoluzioneDissoluzione-- Perdita di materiale Perdita di materiale

-- Aree protette dal dilavamento dellAree protette dal dilavamento dell’’acqua acqua piovana piovana

-- Trasformazione del carbonato di calcio in gesso Trasformazione del carbonato di calcio in gesso (Solfatazione da (Solfatazione da SOSO22))

-- Deposizione particelle carbonioseDeposizione particelle carboniose

CROSTA NERACROSTA NERA

ARRETRAMENTO SUPERFICIALEARRETRAMENTO SUPERFICIALE

SOLFATAZIONEgesso (CaSO4•2H2O)SOLFATAZIONE

gesso (CaSO4•2H2O)

Particelle carboniose

ANNERIMENTO E FORMAZIONE ANNERIMENTO E FORMAZIONE DI CROSTE NEREDI CROSTE NERE

CROSTA NERACROSTA NERA

A. Bonazza, ISAC-CNR, Bologna Lecce, 26 Gennaio 2011

Interazione ambiente – beni culturali: oggi e domani

Interazione ambiente Interazione ambiente –– beni culturali: beni culturali: oggi e domanioggi e domani

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EC Project NOAH’s ARK

Solfatazione dei materiali carbonatici (marmi, calcari) Solfatazione dei materiali carbonatici (marmi, calcari) decresce e continuerdecresce e continueràà a decrescere in futuroa decrescere in futuro

Joakim Langner

A. Bonazza, ISAC-CNR, Bologna Lecce, 26 Gennaio 2011

STRATI DI DEGRADO: composizione

SAMPLES DAMAGE LAYER (%) GYPSUM (%) EC (%) OC (%) OTHERS (%) EC/OCMILAN 96,08 79,46 1,73 0,70 18,12 2,48MILAN 95,92 97,35 1,17 0,53 0,96 2,20MILAN 92,08 76,92 1,70 0,62 20,75 2,75MILAN 93,92 81,59 1,44 0,20 16,77 7,11

FLORENCE 99,00 64,93 0,46 0,69 33,92 0,68FLORENCE 83,67 61,69 0,31 0,72 37,28 0,43FLORENCE 95,58 66,94 0,66 1,11 31,30 0,59

VENICE 87,92 74,83 1,52 0,71 22,94 2,16VENICE 95,17 56,03 1,89 2,12 39,96 0,89VENICE 98,67 82,41 0,78 0,67 16,14 1,17VENICE 94,33 55,98 1,57 2,72 39,73 0,58ROME 95,83 65,15 1,34 1,62 31,90 0,83ROME 99,92 65,40 0,93 1,16 32,51 0,80ROME 93,25 25,80 2,21 3,29 68,70 0,67PARIS 97,25 70,74 1,84 2,80 24,62 0,66

SEVILLE 91,92 54,00 0,50 3,38 42,11 0,15SEVILLE 93,42 58,31 0,64 2,37 38,69 0,27LONDON 88,67 67,81 1,25 2,45 28,49 0,51LONDON 74,25 57,21 0,93 2,28 39,58 0,41LONDON 82,50 11,39 0,10 0,81 87,70 0,12LONDON 51,25 49,66 0,41 3,14 46,79 0,13LONDON 94,08 64,75 1,01 2,23 32,01 0,45

Gesso 60-90%

Moderne

CARAMEL EVK4-CT-2000-00029

A. Bonazza, ISAC-CNR, Bologna Lecce, 26 Gennaio 2011

CARAMEL EVK4-CT-2000-00029

STRATO GIALLO-GRIGIO

STRATO NERO

CROSTA

PAST

PRESENT

GESSO + PARTICELLE NERE

MATERIALE

ASSENZA DI PARTICELLE NERE

TORRE DI LONDRATORRE DI LONDRA

TC = CC + EC + OCTC = CC + EC + OC

Substrato lapideo

Substrato Substrato lapideolapideo

NCCNCC

Deposizione atmosfericaWeathering biologicoTrattamenti superficiali

Deposizione atmosfericaDeposizione atmosfericaWeathering biologicoWeathering biologicoTrattamenti superficialiTrattamenti superficiali

Particelle emesse dai processi di combustioneParticelle emesse dai processi di combustione

CARBONIO NELLE CROSTE NERECARBONIO NELLE CROSTE NERE

EC Project CARAMEL

Ghedini et al., EST (2006)Traccianti delle emissioni da sorgenti fisse e mobiliTraccianti delle emissioni da sorgenti fisse e mobili

A. Bonazza, ISAC-CNR, Bologna Lecce, 26 Gennaio 2011

CROSTE: Monumenti Europei CROSTE: Monumenti Europei (rocce carbonatiche)(rocce carbonatiche)

Bonazza et al. Atmos. Env. (2005)

0%

10%

20%

30%

40%

50%

60%

70%

80%

90%

100%

FLORENCE ROME PARIS SEVILLE LONDON

OC (%)EC (%)

OC prevale su

monumenti in

città Europee

dovuto al

traffico

Carbonio elementare ed organico (EC e OC) misurato in strati di degrado su monumenti in diverse città Italiane: EC/OC è più elevato nelle croste vecchie. Gli strati moderni sono più ricchi in composti organici.

SITE MONUMENT AGE (years) EC (%) OC (%) EC/OCMILAN CATHEDRAL 500 1,73 0,70 2,48MILAN CATHEDRAL 500 1,17 0,53 2,20MILAN CATHEDRAL 500 1,70 0,62 2,75

VENICE CORNER PALACE 500 1,52 0,71 2,16VENICE CORNER PALACE 500 0,78 0,67 1,17ROME VITTORIANO 100 1,34 1,62 0,83ROME VITTORIANO 100 0,93 1,16 0,80

RAVENNA P. RASPONI 100 0,88 1,67 0,53FLORENCE S.M. DEL FIORE 50 0,66 1,11 0,59

DUOMO DI MILANOCROSTE VECCHIECROSTE VECCHIE--MODERNEMODERNE

VITTORIANO, ROMA

A. Bonazza, ISAC-CNR, Bologna Lecce, 26 Gennaio 2011

•• Atmosfera urbana moderna Atmosfera urbana moderna ••Meno zolfo (phytotossico)Meno zolfo (phytotossico)••pipiùù nitrati (nutriente)nitrati (nutriente)••pipiùù organico (nutriente)organico (nutriente)

•• Ingiallimento superficialeIngiallimento superficiale•• Biodegrado favoritoBiodegrado favorito

(verde, grigio e nero(verde, grigio e nero) )

IMPATTO ESTETICO SULLE IMPATTO ESTETICO SULLE SUPERFICI ARCHITETTONICHESUPERFICI ARCHITETTONICHE

Alison Green

2000

19502050

1900/2100

Peter BrimblecombeCarlota M. GrossiAlison Green

IL COLORE DELLE SUPERFICI NEL TEMPO: IL COLORE DELLE SUPERFICI NEL TEMPO: LA CATTEDRALE DI S. JOHN, NORWICHLA CATTEDRALE DI S. JOHN, NORWICH

Accumulo di Biomassa su Monumenti

Variazione legata a temperatura e pioggia

2070-2099

Proiezioni valide per aree rurali

19611961--19901990BaselineBaseline

20102010--20392039Near FutureNear Future

20702070--20992099Far FutureFar Future

Accumulo di Biomassa su Monumenti

Valutazione impatto multinquinanti sul patrimonio costruito moderno e contemporaneo

Valutazione impatto multinquinanti Valutazione impatto multinquinanti sul patrimonio costruito moderno e contemporaneosul patrimonio costruito moderno e contemporaneo

Centennial Hall, Polonia

A. Bonazza, ISAC-CNR, Bologna Lecce, 26 Gennaio 2011

Vulnerabilità dei materiali da costruzione dipende dalla composizione e dalla porosità

Reattività verso SO2: test laboratorio

VulnerabilitVulnerabilitàà dei materiali da costruzione dei materiali da costruzione dipende dalla composizione e dalla porositdipende dalla composizione e dalla porositàà

ReattivitReattivitàà verso SOverso SO22:: testtest laboratoriolaboratorio

0

1000

2000

3000

S to

t (µg

/cm

2 )

carbonate stones (mean)

lime mortar pozzolan mortar cement mortar

malta cementizia la più reattiva !malta cementizia la pimalta cementizia la piùù reattiva !reattiva !

Atmosfera

Stra

to d

iSt

rato

di

deg

rado

deg

rado

Mal

taC

emen

tizi

a

SO2gas SO4

=

SO3=SO3= SO4

=SO4=

Catalizzatori aerosol Catalizzatori aerosol

Catalizzatori materiale Catalizzatori materiale

CARBONATO DI CALCIOCARBONATO DI CALCIO

FORMAZIONE DI GESSO SU CEMENTOFORMAZIONE DI GESSO SU CEMENTO

GESSOGESSOGESSO

ALLUMINATI DI CALCIOSILICATI DI CALCIO

ALLUMINATI DI CALCIOALLUMINATI DI CALCIOSILICATI DI CALCIOSILICATI DI CALCIO

PRODOTTI SECONDARI DI DEGRADOPRODOTTI SECONDARI DI DEGRADOPRODOTTI SECONDARI DI DEGRADO

3CaO·Al2O3·3CaSO4·31H2O3CaO·Al2O3·3CaSO4·31H2O

CaSiO3·CaSO4·CaCO3·15H2OCaSiO3·CaSO4·CaCO3·15H2O

GessoGesso + + SilicatoSilicato calciocalcio

TAUMASITETAUMASITE

GessoGesso ++ Alluminato di calcioAlluminato di calcio

ETTRINGITEETTRINGITE

Sabbioni et al., Atmos. Env. (2001)

PRODOTTI SECONDARI DI DEGRADO: MALTE IDRAULICHE NEL BACINO DEL

MEDITERRANEO

PRODOTTI SECONDARI DI DEGRADO: PRODOTTI SECONDARI DI DEGRADO: MALTE IDRAULICHE NEL BACINO DEL MALTE IDRAULICHE NEL BACINO DEL

MEDITERRANEOMEDITERRANEO

EC Project PRODOMEA

MEKAWER FORTRESS (JORDAN)MEKAWER FORTRESS (JORDAN)

JUPITER TEMPLE, DAMASCUS (SIRYA)JUPITER TEMPLE, DAMASCUS (SIRYA)VILLA DOMITIA, GIANNUTRI (ITALY) VILLA DOMITIA, GIANNUTRI (ITALY)

0%

20%

40%

60%

80%

100%

G3 G7 G8 G9

sample

conc

entr

atio

n

SOLUBLE

INSOLUBLE

PETRA (JORDAN) PETRA (JORDAN)

0%

20%

40%

60%

80%

100%

PTR6 PTR14a PTR14b

sample

conc

entr

atio

n

SOLUBLE

INSOLUBLE

ETTRINGITEFORMAZIONE

ETTRINGITEFORMAZIONE

ETTRINGITE DISSOLUZIONE /DECOMPOSIZIONE

ETTRINGITE DISSOLUZIONE //DECOMPOSIZIONE

TAUMASITE

FORMAZIONE

TAUMASITE

FORMAZIONE

FRATTURA DA ESPANSIONEFRATTURA DA ESPANSIONE

10-15 nm

EC Project EDAMM

Test di laboratorioTest di laboratorio

Degrado avviene Degrado avviene anche se diminuisce anche se diminuisce ll’’SOSO22

“Gutta cavat lapidem”

Deposizione seccaHNO3

H2SO4 NOx

SO2

Dissoluzione chimica causata per effetto di:

1. Pioggia pulita (pioggia con pH 5.6 in equilibrio con 330 ppm CO2 –effetto carsico)

2. Pioggia acida (dovuta alla presenza dei componenti anionici, come SO4

2-, NO3-……)

3. Deposizione secca (inquinanti gassosi fra gli eventi di precipitazione)

Pioggia acida

ARRETRAMENTO SUPERFICIALE DI ROCCE CARBONATICHE

Erosione superficiale del materiale dovuto ad effetto

meccanico della pioggia battente

+

FUNZIONE DI LIPFERTFUNZIONE DI LIPFERT

Where:Where:L: L: surface recession per year (surface recession per year (μμm/year)m/year)18.8: 18.8: solubility of CaCOsolubility of CaCO33 in equilibrium with 330 ppm COin equilibrium with 330 ppm CO22R: R: rainfall (m/year)rainfall (m/year)0.016: 0.016: constant valid for precipitation pH in the range 3constant valid for precipitation pH in the range 3--55[H[H++]: ]: ion concentration (ion/l) evaluated from rain yearly pH ion concentration (ion/l) evaluated from rain yearly pH 0.18: 0.18: conversion factor from (cm/s) (conversion factor from (cm/s) (μμg/mg/m33) to ) to μμmmVVdSdS: : deposition velocity of SOdeposition velocity of SO22 (cm/s)(cm/s)[SO[SO22]: ]: SOSO22 concentration (concentration (μμg/mg/m33))VVdNdN: : deposition velocity of HNOdeposition velocity of HNO33 (cm/s)(cm/s)[HNO[HNO33]:]: HNOHNO3 3 concentration (concentration (μμg/mg/m33))

L= 18.8·R + 0.016·[H+]·R + 0.18 (VdS [SO2] + VdN [HNO3])

Pioggia pulita Pioggia acida Deposizione secca

Lipfert F. W., 1989. Atmospheric damage to calcareous stones: comparison and reconciliation of recent experimental findings. Atmospheric Environment 23: 415-429

Arretramento SuperficialeArretramento Superficiale1961-1990

2070-2099

Europa Centrale, Regno Europa Centrale, Regno Unito, Islanda, Penisola Unito, Islanda, Penisola Scandinava e nord della Scandinava e nord della

Spagna Spagna subiranno il danno subiranno il danno maggioremaggiore

(20(20--3030 µµm/annom/anno))

Scenari futuri di arretramento Scenari futuri di arretramento superficiale di rocce superficiale di rocce carbonatiche causato dai carbonatiche causato dai cambiamenti della cambiamenti della precipitazione e della precipitazione e della concentrazione di COconcentrazione di CO22

L(L(µµm/annom/anno) =L) =LvvRR

Generale aumento (> 6 Generale aumento (> 6 µµm/anno) m/anno) in in Europa, particolarmente evidente Europa, particolarmente evidente nelle aree montuose. Il nelle aree montuose. Il cambiamento potrcambiamento potràà essere > 6 essere > 6 µµm/anno nelle zone con una m/anno nelle zone con una recessione pari a 20 recessione pari a 20 µµm/yearm/year

Aumento del 30%Aumento del 30%

1961-1990

2070-2099

Bonazza et al., STOTEN (2009)

Arretramento SuperficialeArretramento Superficiale

ARRETRAMENTOARRETRAMENTO SUPERFICIALESUPERFICIALE

Aumento nelle aree maggiormente colpite dalle precipitazioni: Aumento nelle aree maggiormente colpite dalle precipitazioni: catene montuose (Alpi, Pirenei) e le aree esposte ai venti catene montuose (Alpi, Pirenei) e le aree esposte ai venti

occidentali. Massimi valori pioccidentali. Massimi valori piùù di 30 di 30 µµm/annom/anno

20702070--20992099

Precipitazione Precipitazione Concentrazione atmosferica di COConcentrazione atmosferica di CO22

Cicli di umidità relativa =75.5%(cristallizzazione di sali)

Cicli di umiditCicli di umiditàà relativa =75.5%relativa =75.5%(cristallizzazione di sali) (cristallizzazione di sali)

2070-2099

Muratura in mattoni

Cristallizzazione di saliCristallizzazione di sali

Increase

Decrease

..……aumenteraumenteràà nei prossimi 100 anni in tutta lnei prossimi 100 anni in tutta l’’EuropaEuropa

Monitoraggio a distanza in ambienti esterni:monumenti e siti archeologici in aree rurali e costiere Monitoraggio a distanza in ambienti esterni:Monitoraggio a distanza in ambienti esterni:monumenti e siti archeologici in aree rurali e costiere monumenti e siti archeologici in aree rurali e costiere

Obiettivo: monitoraggio dellObiettivo: monitoraggio dell’’impatto dei parametri ambientali su monumenti allimpatto dei parametri ambientali su monumenti all’’apertoaperto

• Profilo microclimatico • Gas e particolato atmosferico• Aerosol biologico• Impatto ambientale• Processi di degrado dei materiali

Mnajdra

Hagar Qim

Progetto Templi Megalitici di Malta

Monitoraggio dei multiinquinanti:Monitoraggio dei multiinquinanti:

••Gas (SOGas (SO22, NO, NOxx, O, O33))

••Particelle (frazione solubile e Particelle (frazione solubile e carboniosa)carboniosa)

Monitoraggio in aree urbaneMonitoraggio in aree urbane

PORTE DI GHIBERTI E PISANOPORTE DI GHIBERTI E PISANO

Porta Sud

BATTISTERO, FIRENZEBATTISTERO, FIRENZE

Concentrazione di carbonio non carbonatico (NCC) nel 2004 presso porta sud (azzurro) e porta

nord (rosso) del Battistero

1.1. Temperatura e umiditTemperatura e umiditàà relativarelativa2.2. Radiazione solare Radiazione solare 3.3. Vento Vento 4.4. COCO225.5. Particolato totale sospeso: Particolato totale sospeso:

frazione solubile e carboniosafrazione solubile e carboniosa6.6. BioaerosolBioaerosol7.7. Temperatura superficialeTemperatura superficiale

Monitoraggio ambientale per identificare le forzanti atmosferiche responsabili del degrado dei materiali e contribuire a definire un protocollo di conservazione programmata del Camposanto Monumentale

CAMPOSANTO MONUMENTALE, PISACAMPOSANTO MONUMENTALE, PISA

Monitoraggio di:Test su superfici campione

Particolato Totale Sospeso: confronto

Cimitero Monumentale, PisaMonitoraggio 2007

Battistero, FirenzeMonitoraggio 2004

Sito PTS

(μg/m3) SO4

= (μg/m3)

NO3-

(μg/m3) Cnc

(μg/m3)

Pisa 47,17 2,31 1,62 0,17

Firenze 52,00 3,99 4,64 17,85

Technologies and tools to prioritize Assessmentand diagnosis of air pollution impacton immovable and movable Cultural Heritage

EC Project TeachEC Project Teach

TEATRO ARRIAGA, BILBAO

CATTEDRALE DI COLONIA

S. MARIA DEL FIORE, FIRENZE

NATIONAL GALLERY, OSLO

NATIONAL MUSEUM, CRACOVIA

Obiettiviidentificazione degli inquinanti (gas e aerosol) e dei

parametri ambientali che avranno maggiore impatto in futuro sul patrimonio culturale mobile ed immobile e relativa prioritàdi monitoraggio;

identificazione delle esistenti tecnologie e strumentazioni per la valutazione ed il monitoraggio del danno sul patrimonio culturale;

costruzione di un nuovo strumento per il monitoraggio del degrado superficiale dovuto all’impatto degli inquinanti sui monumenti in termini di annerimento e cambiamenti del colore;

sviluppo di un kit di strumentazioni compatto ed economico, incluso il nuovo strumento, per il monitoraggio del degrado;

Identificazione di inquinanti e parametri climatici

Damage Process Materials mainly affected

Climate and pollution parameters

Surface recession Outdoors • Marble • Limestone • Sandstone with

carbonate matrix • Air-setting and

hydraulic mortar • Cement mortar and

concrete

Indoors

n. r.

• Rain amount • Rain pH • Sulphur dioxide (SO2) • Nitric acid (HNO3) • Carbon dioxide (CO2) • Time of wetness (temperature and

relative humidity) • Particulate matter (PM, PM10, PM2.5)

Soiling, change of colour, black crust formation

Outdoors • Marble • Limestone • Sandstone with

carbonate matrix • Air-setting and

hydraulic mortar • Cement mortar and

concrete • Glass

Indoors • Textile • Paper • Paintings • Frescoes • Glass

• Rain amount • Sulphur dioxide (SO2) • Nitrogen dioxide (NO2) • Particulate matter (PM, PM10, PM2.5)• Carbon fractions of particulate

matter (PM): elemental carbon (EC) and organic carbon (OC)

• Soluble salt fraction of PM: sulphates (SO4

2-), sulphites (SO32-),

nitrates (NO3-), nitrites (NO2

-), bromides (Br-), phospates (HPO4

2-), chlorides (Cl-), formates (CHO2

-), acetates (C2H3O2

-) and oxalates (C2O4

2-) • Time of wetness (temperature and

relative humidity) • Volatile organic compounds (VOC) • Light

TeACH – 1° workshop, 18 Gennaio 2011, Firenze (Italia)

Biodeterioration Outdoors and Indoors • Carbonate and silicate

stones • Air-setting and

hydraulic mortar • Cement mortar and

concrete • Wood • Paper • Textile

• Rain amount • Temperature • Relative humidity • Solar radiation • Organic carbon fraction of PM (OC) • Soluble salt fraction of PM: nitrates

(NO3-), acetates (C2H3O2

-)

Corrosion Outdoors and Indoors • Metals: steel, zinc,

copper, bronze, lead Outdoors • Glass

• Rain amount • Rain pH • Temperature • Relative humidity • Sulphur dioxide (SO2) • Nitric acid (HNO3) • Ozone (O3) • Soluble salt fraction of PM:

sulphates (SO42-), nitrates (NO3

-), chlorides (Cl-)

• Hydrogen sulphide (H2S) • Carbonyl sulphide (COS) • Acetic (CH3COOH) and formic acid

(CH2O2) • Ammonia (NH3)

Leaching Outdoors • Glass

Indoors n. r.

• Rain amount • Rain pH • Temperature • Relative humidity • Sulphur dioxide (SO2) • Nitric acid (HNO3) • Ozone (O3) • Soluble salt fraction of PM

sulphates (SO42-), nitrates (NO3

-), chlorides (Cl-)

Salt crystallisation Outdoors and Indoors • Sandstone • Limestone • Air setting and

hydraulic mortar • Cement mortar and

concrete • Brick

• Relative humidity cycles • Rain pH • Temperature • Soluble salt fraction of PM:

sulphates (SO42-), chlorides (Cl-),

nitrites (NO2-), nitrates (NO3

-), calcium (Ca+), sodium (Na+), magnesium (Mg2+), potassium (K+)

Cryoclastism: freeze-thaw effect

Outdoors • Sandstone • Limestone • Air setting and

hydraulic mortar • Cement mortar and

concrete • Brick

Indoors n. r.

• Temperature cycles • Number of rainy days

Models/Function Variables involved Reference

SURFACE RECESSION

L= 18.8·R + 0.016·[H+]·R +

0.18 (VdS [SO2] + VdN [HNO3])

L = surface recession per year (μm year-1); 18.8 = intercept term based on the solubility of CaCO3 in equilibrium with 330 ppm CO2 (μm m-1); R = precipitation (m year-1); 0.016 = constant valid for precipitation pH in the range 3-5; [H+] = hydrogen ion concentration (μmol l-1) evaluated from rain yearly pH; 0.18 = conversion factor from (cm s-1) (μg m-3) to μm; VdS = deposition velocity of SO2 (cm s-1) ; [SO2] = SO2 concentration (μg m-3) ; VdN = deposition velocity of HNO3 (cm s-1); [HNO3] = HNO3 concentration (μg m-3).

Lipfert (1989)

Δ[Ca2+] = Δ[SO42-] + {10-11.6(1/γr0[H+]r0 +

1/γ0[H+]0) – 1/2[H+] r0 - [H+]0)} + {10-11.6

(1/γ0[H+]0 + 1/γr[H+]r) –1/2 ([H+]0 - [H+]r) }

Δ[Ca2+] and Δ[SO42-] = differences in concentration (mol l-1) of

the ions Ca2+ and SO42- between rainwater and runoff water;

[H+]0 = effective hydrogen ion concentration (mol l-1) of the rainwater in the absence of anthropogenic pollutants (10-5.6) ;[H+]r = effective hydrogen ion concentration (mol l-1) of rain;[H+]ro = hydrogen ion concentration (mol l-1) of the runoff; γ = activity coefficient.

Livingston (1992)

Stone loss (moles) = ADVdSCSO2 + (KHK1PCO2/2[H+]r) 3Σ(AiR-Evap)

+ ([H+]i /2) 3Σ(AiR)

CSO2 (μm m-3) = mean SO2 concentration during the exposure of duration (D), VdS = deposition velocity (cm s-1), A = surface area of the exposed stone, Ai = rainfall interception area, [H+]r and [H+]i = volume-weighted mean hydrogen ion concentrations of the runoff and rainfall (mol l-1), respectively, Evap (mm3 ) = volume of rainfall evaporating from the stone sample, KH and K1 = equilibrium constants of carbonate and bicarbonate in equilibrium with atmospheric concentration of 350 ppm CO2 (Henry constant and first dissociation constant respectively); R = amount of rainfall (mm).

Webb et al. (1992)

Stone loss (mmoles/l) =0.16[1.0-0.015T+0.0000922T2]/0.683+0.49[H+]

T = temperature (°C ) and [H+] = hydrogen ion concentration (mol l-1)

Baedecker (1992)

R = 2.7[SO2]0.48exp{fPl(T)}t0.96 + 0.019Rain[H+]t0.96

fPl(T)=-0.018T

R = surface recession per year (µm year-1), [SO2] = SO2

concentration (1-83 μm m-3), T = temperature (2-19 °C ), Rain = amount of rainfall (327-2144 mm) and [H+] = H+

concentration (0.0006-0.13 mg l-1), t= time (1-8 years).

Tidblad et al. (1998); Tidblad et al. (2001)

R = 3.95 + 0.0059[SO2]RH60 + 0.054Rain[H+] + 0.078[HNO3]RH60 + 0.0258PM10

R = surface recession per year (µm year-1), [SO2] = SO2

concentration (μm m-3), RH60 = is the measured relative humidity when RH>60 otherwise 0, Rain = amount of rainfall (mm) and [H+] = H+ concentration (0.0006-0.13 mg l-1), [HNO3] = HNO3 concentration (μm m-3), PM10 = particulate matter concentration (μg m-3).

Kucera et al. (2007)

Modelli e funzioni recenti che propongono valutazioni quantitative dei processi di degrado presi in considerazione

Priorità basata su: •Letteratura scientifica nazionale ed internazionale

•Modelli e funzioni di quantificazioni del degrado

•Data base da ricerca sperimentale

•Proiezioni future disponibili

•“Sensibilità” del materiale

PRIORITA’-PATRIMONIO CULTURALE OUTDOOR

PRIORITA’-PATRIMONIO CULTURALE OUTDOOR

Parametri climatici: pioggia, umidità relativa (media, cicli), temperatura (media, cicli)

Inquinanti: SO2, HNO3, NO2, O3 , PM10, PM2.5, frazione solubile del PM (SO4

2-, SO32-, NO3

-, NO2-, Cl-, Br-, HPO4

2-, CHO2-, C2H3O2

- , C2O42-),

frazione carboniosa of PM (EC and OC)

Da tenere in considerazione anche:

VOCs (acido acetico e formico), composizione elementale del PM, …

L’INQUINAMENTO, IN PARTICOLARE IL PARTICOLATO, E’ LA CAUSA PRINCIPALE DI

DEGRADO DEL PATRIMONIO CULTURALE NELLE AREE URBANE

LL’’INQUINAMENTO, IN PARTICOLARE IL INQUINAMENTO, IN PARTICOLARE IL PARTICOLATO, EPARTICOLATO, E’’ LA CAUSA PRINCIPALE DI LA CAUSA PRINCIPALE DI

DEGRADO DEL PATRIMONIO CULTURALE NELLE DEGRADO DEL PATRIMONIO CULTURALE NELLE AREE URBANEAREE URBANE

PER UNA VALUTAZIONE DELL’IMPATTO DELLE EMISSIONI VEICOLARI SUL PATRIMONIO CULTURALE

E’ IMPORTANTE NON SOLO QUANTIFICARE LA MASSA TOTALE DEL PARTICOLATO EMESSO, MA CONOSCERNE ANCHE LA COMPOSIZIONE,

ATTRAVERSO LA MISURA DELLE SUE COMPONENTI CARBONIOSE (EC E OC) E SOLUBILI

PER UNA VALUTAZIONE DELLPER UNA VALUTAZIONE DELL’’IMPATTO DELLE IMPATTO DELLE EMISSIONI VEICOLARI SUL PATRIMONIO CULTURALE EMISSIONI VEICOLARI SUL PATRIMONIO CULTURALE

EE’’ IMPORTANTE NON SOLO QUANTIFICARE LA MASSA IMPORTANTE NON SOLO QUANTIFICARE LA MASSA TOTALE DEL PARTICOLATO EMESSO, MA TOTALE DEL PARTICOLATO EMESSO, MA CONOSCERNE ANCHE LA COMPOSIZIONE, CONOSCERNE ANCHE LA COMPOSIZIONE,

ATTRAVERSO LA MISURA DELLE SUE COMPONENTI ATTRAVERSO LA MISURA DELLE SUE COMPONENTI CARBONIOSE (EC E OC) E SOLUBILICARBONIOSE (EC E OC) E SOLUBILI

LA DISCRIMINAZIONE E QUANTIFICAZIONE DELLE FRAZIONI DI CARBONIO NEGLI STRATI DI DEGRADO

SUI MONUMENTI ED EDIFICI STORICI È INFINE CRUCIALE PER LA IDENTIFICAZIONE DEGLI EFFETTI

DELLA MOBILITÀ SUL PATRIMONIO CULTURALE

LA DISCRIMINAZIONE E QUANTIFICAZIONE DELLE LA DISCRIMINAZIONE E QUANTIFICAZIONE DELLE FRAZIONI DI CARBONIO NEGLI STRATI DI DEGRADO FRAZIONI DI CARBONIO NEGLI STRATI DI DEGRADO

SUI MONUMENTI ED EDIFICI STORICI SUI MONUMENTI ED EDIFICI STORICI ÈÈ INFINE INFINE CRUCIALE PER LA IDENTIFICAZIONE DEGLI EFFETTI CRUCIALE PER LA IDENTIFICAZIONE DEGLI EFFETTI

DELLA MOBILITDELLA MOBILITÀÀ SUL PATRIMONIO CULTURALESUL PATRIMONIO CULTURALE

MONITORAGGIO AMBIENTALE IN PROSSIMITA’DEI MONUMENTI COME STRATEGIA DI

CONSERVAZIONE PREVENTIVA

MONITORAGGIO AMBIENTALE IN PROSSIMITAMONITORAGGIO AMBIENTALE IN PROSSIMITA’’DEI MONUMENTI COME STRATEGIA DI DEI MONUMENTI COME STRATEGIA DI

CONSERVAZIONE PREVENTIVACONSERVAZIONE PREVENTIVA

I MATERIALI DA COSTRUZIONE MODERNI, COME IL CEMENTO, HANNO UNA MINORE DURABILITA’

DI QUELLI ANTICHI NEI CONFRONTI DELL’INQUINAMENTO

I MATERIALI DA COSTRUZIONE MODERNI, COME I MATERIALI DA COSTRUZIONE MODERNI, COME IL CEMENTO, HANNO UNA MINORE DURABILITAIL CEMENTO, HANNO UNA MINORE DURABILITA’’

DI QUELLI ANTICHI NEI CONFRONTI DI QUELLI ANTICHI NEI CONFRONTI DELLDELL’’INQUINAMENTOINQUINAMENTO

L’IMPATTO DEL CAMBIAMENTO CLIMATICO FUTURO SUGLI EDIFICI STORICI E SITI

ARCHEOLOGICI E’ TUTTORA UNA SFIDA

LL’’IMPATTO DEL CAMBIAMENTO CLIMATICO IMPATTO DEL CAMBIAMENTO CLIMATICO FUTURO SUGLI EDIFICI STORICI E SITI FUTURO SUGLI EDIFICI STORICI E SITI

ARCHEOLOGICI EARCHEOLOGICI E’’ TUTTORA UNA SFIDATUTTORA UNA SFIDA

TeACH struttura

ESTERNO

MARMI CALCARI ARENARIEMALTE

Climate Models adoptedClimate Models adoptedHadCM3HadCM3General climate model couplGeneral climate model couplinging oceanocean--atmosphere. atmosphere. The grid covers the planet.The grid covers the planet.The atmospheric component has a grid of The atmospheric component has a grid of 2.52.5°° x 3.75x 3.75°° (e.g. 295 x 278 km at 45(e.g. 295 x 278 km at 45°°latitude) and 19 vertical levels. latitude) and 19 vertical levels. The ocean component has a grid 1.25The ocean component has a grid 1.25°° x x 1.251.25°° and 20 vertical levels.and 20 vertical levels.

HadRM3 HadRM3 Regional climate model with a grid at high resolution Regional climate model with a grid at high resolution with equal areas: 50 km x 50 km (approximately with equal areas: 50 km x 50 km (approximately 0.50.5°° x 0.5x 0.5°° for Europe)for Europe)Periods available: 1961Periods available: 1961--1990 and 20701990 and 2070--9999

Scenario A2Scenario A2: A: A very heterogeneous world. The very heterogeneous world. The underlying theme is self reliance and preservation underlying theme is self reliance and preservation of local identity. Fertility patterns across regions of local identity. Fertility patterns across regions covered change slowly, allowing for a continually covered change slowly, allowing for a continually increasing population. increasing population.

Air pollution data of SOAir pollution data of SO22, HNO, HNO33, O, O33 concentrations and pH concentrations and pH precipitation have been produced for future scenarios. precipitation have been produced for future scenarios. Regarding future emission levels, two scenarios have been Regarding future emission levels, two scenarios have been developed: yearly mean of SOdeveloped: yearly mean of SO22, HNO, HNO33 and Oand O33 air concentrations air concentrations and pH precipitation relative respectively to 1990, 2020 and 208and pH precipitation relative respectively to 1990, 2020 and 2085 5 years covering the European area, with a grid resolution of 0.4 years covering the European area, with a grid resolution of 0.4 x x 0.4 degrees.0.4 degrees.

AIR POLLUTION SCENARIOAIR POLLUTION SCENARIO

Joakim LangnerJoakim Langner

PM2008, Bari, 6-8 ottobre 2008A. Bonazza, CNR - ISAC, Bologna Firenze, 5 Maggio 2010

Progettazione di un case-study reale: Firenze

Nell’ambito del Progetto sono previste misure di deposizione di inquinanti (gas e particelle) su superfici campione (10 cm X 10 cm) in Marmo di Carrara, Pietra Forte e Pietra Serena, essendo questi materiale caratteristici dell’edilizia fiorentina e particolarmente soggetti a danno per interazione con gli inquinanti.Un numero complessivo di 30 provini verrà esposto per un periodo di un anno in esterno in prossimità del Museo di San Marco. Analisi sulle superfici campione a scadenze di tre mesi (3, 6, 9, 12 mesi)

Attività B): Valutazione dell’impatto del traffico veicolare sul Patrimonio Culturale

Recession due to the karst effect is expected to remain the dominant contributor in the future

12,8

13

13,2

13,4

13,6

13,8

14

Baseline Near Future Far Future

Surf

ace

rece

ssio

n ( ∠

m/y

ear)

KarstKarst + acid rainKarst + dry depositionTotal

95.8%98.7%

99.5%

95.8%+1.2%

98.7%+0.3%

99.5%+0.1%

95.8%+3%

98.7%+1%

99.5%+0.4%

Surf

ace

rece

ssio

n (µ

m/y

ear) •Yearly mean precipitation

amounts from the HadCM3 global model

•Yearly mean concentrations of SO2, HNO3 and pH of precipitation from pollution scenarios

MEAN ANNUAL SURFACE RECESSION AT EUROPEAN BASIS

1961-90 2010-39 2070-99

Monitoraggio multiinquinanti:Monitoraggio multiinquinanti:

Gas: SOGas: SO22, NO, NOxx, O, O33

Particelle: Frazione solubile e carboniosaParticelle: Frazione solubile e carboniosa

Monitoraggio biologicoMonitoraggio biologico

Monitoraggio in aree urbaneMonitoraggio in aree urbane

R2 = 0,9998

0

20

40

60

80

100

0 20000 40000 60000 80000 100000

Seasonal visitors

(ug/

m3 )

Winter

Autumn

Summer

PORTE DI GHIBERTI E PISANOPORTE DI GHIBERTI E PISANO

Porta Sud

C. Sabbioni, CNR - ISAC, Bologna Palermo, 9 Ottobre 2009