Festival della Scienza Genova, 4 Novembre 2006

Il Il particolatoparticolato atmosferico: atmosferico:

coscos’è’è e che effetti ha sulle che effetti ha sull’’ambienteambiente

Roberta VecchiIstituto di Fisica Generale Applicata

Università degli Studi di Milano&

INFN - Milano

Importanza delle particelle atmosfericheImportanza delle particelle atmosferiche

--impatto ambientale: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: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 Le polveripolveri sottilisottiliDalDal riscaldamentoriscaldamento globaleglobale allall’’inquinamentoinquinamento urbanourbano””

... ma cosa si intende con polveri “sottili” ?

1 µm =1 micrometro=1 milionesimo di metro1 nm = 1 nanometro = 1 miliardesimo di metro

Le dimensioni delle particelle

Definizione di classi dimensionaliDefinizione di classi dimensionaliPTSPTS (Particolato Totale Sospeso): è composto da tutte le particelle con dae inferiore a 50-80 µm (era la frazione normata nel passato)

PM10PM10: è composto da tutte le particelle con diametro (dae) inferiore a 10 µm frazione di particolato normata per legge in Europa

PM2.5:PM2.5: è composto da tutte le particelle con dae inferiore a 2.5 µmprobabilmente normata nel prossimo futuro (già in USA)

PM1:PM1: è detta anche “frazione sub-micronica”, è composta da particelle con dae inferiore a 1 µm

PM0.1:PM0.1: è detta anche “frazione ultrafine”, è composta da particelle con dae 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 atmosfericoAerosol atmosferico

Insieme di particelle liquide e solide in sospensione in atmosfera

Origine primaria: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:Trasporto di Sabbia SaharianaSpray marino

Eruzioni vulcaniche Incendi di foreste

…ed altre ancora…

2) Sorgenti antropogeniche, quali ad esempio:

TrafficoAttività IndustrialiRiscaldamento domestico Centrali termoelettricheInceneritori……

…ed altre ancora…

Stima emissioni sul piano globaleStima 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

Nitrato di Ammonio

Carbonio elementare

Materiale organico

Metalli pesanti

Elementi suolo

Altro

Solfato di Ammonio

PM2.5

Nitrato di AmmonioCarbonio

elementare

Materiale organico

AltroMetalli pesanti

Elementi suolo

Solfato di Ammonio

PARTICOLATO ATMOSFERICO PARTICOLATO ATMOSFERICO e e

VISIBILITAVISIBILITA’’

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 VISIBILITAPM 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.

definizione di un’unità di misura ( )che ha stretta relazione con il concetto di “estinzione della luce” attraverso un percorso in atmosfera (grandezza misurabile)

limpidocieloestinzionetotaleestinzioneln10=deciview

si può valutare la visibilità a partire dalla composizione chimica dell’atmosfera e, in particolare, dalla composizione chimica del particolato atmosferico

Watson, JAWMA 2002Malm, Introduction to visibility, 1999

Il ruolo degli aerosol atmosfericinel Global Change

Effetto Serra

L’effetto serra è un fenomeno naturalefenomeno 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 aumento

delldell’’effetto serraeffetto serra

IPCC Report, 2001

Aumento di temperatura stimato sulle serie temporali relative agli

ultimi 100 e 140 anni: 0.6 ± 0.2 °C

……alcuni gasalcuni gas--serraserra……

……e i solfatie i solfati……

IPCC Report, 2001

Impatto degli aerosol atmosferici sul climaImpatto 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 proprietàottiche), il forcing è stato stimato essere nel range -0.3/-1.3 Wm-2.

d) Forcing diretto da solfatid) 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

BiomassBiomass burningburningI 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 Il forcing radiativoradiativo

direttodiretto da da biomassbiomass

burningburning èè soprattutto soprattutto

negativo.negativo.

IPCC Report, 2001

MineralMineral dustdust::particelle solide generate da differenti tipologie di suolo o diparticelle solide generate da differenti tipologie di suolo o di terreno, terreno, sono costituite da complesse miscele di vari minerali.sono costituite da complesse miscele di vari minerali.

Tra le Tra le sorgenti sorgenti antropogenicheantropogeniche ci sono ci sono varie attivitvarie attivitàà agricole, la agricole, la deforestazione, ldeforestazione, l’’urbanizzazione, urbanizzazione, ll’’industria, industria,

Le principali Le principali sorgenti naturalisorgenti naturali

sono le aree desertiche o semisono le aree desertiche o semi--

desertichedesertiche

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 Quindi il forcing radiativoradiativo può essere sia positivo che negativopuò 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 particolatoatmosferico anche sul patrimonio artistico…

Grazie per l’attenzione !

roberta.vecchi@unimi.it