5 C 2010 La Qualità Dellaria
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5 C 2010 La Qualità Dellaria 5 C 2010 La Qualità Dellaria Presentation Transcript

  • Atmosfera atmòs = vapore
  • Senza atmosfera il cielo apparirebbe nero, E il sole sarebbe visibile come un disco brillante più grande delle altre stelle, semplicemente perché più vicino
  • Composizione dell’aria attuale Anidride carbonica 0.03% Ossigeno 21% Azoto 79% Temperatura media 13 °C Composizione dell’aria prima della comparsa della vita Anidride carbonica 98% Metano 1% Altri gas 1% Temperatura 290 °C
    • I gas che compongono l’aria pura allo stato secco sono presenti nelle seguenti percentuali:
    • Azoto78,08%
    • Ossigeno20,95%
    • Argon0,934%
    • Anidride carbonica0,0345%( è passata da 0,0275% del XVIII sec. allo 0,0345% attuale),
    • Idrogeno 0,01%
    • Neon 0,0012%
    • Elio 0,0004%
    Indispensabili agli esseri viventi, influenzano scarsamente la dinamica del tempo meteorologico Schermando gli infrarossi consente il mantenimento delle temperature a livelli compatibili con l’esistenza della vita Composizione odierna dell’atmosfera
    • Inoltre sono sempre presenti nell'aria:
    • il vapor acqueo , (fino al 4 %), in concentrazioni che variano a seconda della quota e della latitudine e anche da istante a istante nello stesso luogo;
    • il pulviscolo atmosferico , che diminuisce con l'altitudine, dato che le particelle più pesanti tendono a cadere verso il basso:
    • di origine naturale di origine artificiale
    Sferule vetrose provenienti dallo spazio, Polveri vulcaniche Pollini, spore ecc. Residui di combustione Abrasione dell’asfalto Polveri di cemento…. ecc.
  • strato limite planetario: Secondo alcuni  1500 Km (dove non è più possibile distinguere tra gas dell’atmosfera terrestre e gas interplanetari) Secondo altri  magnetopausa (64 000 km)
  • Lo studio della atmosfera Tra i 35 i 160 Km le quote sono troppo alte per i palloni e le sonde e troppo basse per i satelliti
    • OMOSFERA (composizione costante) (fino a 80 – 100 km di quota)
    • ETEROSFERA (diversa composizione) . Gli elementi si trovano allo stato atomico e la loro concentrazione è fortemente dipendente dalla quota ( stratificazione );
    • Fino a 800 km prevale l’ossigeno poi elio e idrogeno
    Omosfera
    • L’atmosfera può essere suddivisa in:
  • La pressione si riduce di 1/10 ogni 20 Km
    • Dal 1962, su indicazione dell’Organizzazione Meteorologica Mondiale, si è deciso di dividere l’atmosfera in 5 involucri in relazione agli andamenti termici.
    • Troposfera sfera dei rivolgimenti ( t° scende con l’aumentare della quota)
    contiene il ≃ 90% dei gas e il 75% del vapore acqueo atmosferico in essa avvengono i cambiamenti che danno luogo alle formazioni meteorologiche su scala planetaria È l’unico strato abitato da esseri viventi.
  • Gradiente termico verticale medio - 0,65°C ogni 100m Ai suoi limiti superiori la temperatura scende sino a circa -50 °C. I movimenti verticali e orizzontali delle masse d’aria sono legati alla rotazione terrestre e alle disomogenee distribuzioni di P e T tropopausa
    • Tra la troposfera e la stratosfera c’è la tropo pausa , di spessore variabile con la latitudine e con le stagioni.
    • La tropopausa è interrotta dalle correnti a getto (400-500 km/h) che si spostano stagionalmente in latitudine e in altezza.
    La troposfera arriva a 17 km all'Equatore e a 7-8 km ai poli . Questo è dovuto alla rotazione terrestre e alla variazione di densità in relazione alle di fferenze di temperatura tra i poli e l’equatore.
  • 2. Sratosfera ( t° sale con l’aumentare della quota)
    • si estende fino a circa 50 km di quota
    • la temperatura, dopo un intervallo di relativa costanza, cresce con la quota, fino a +17°C a causa dell’ozonosfera
    • Comprende l’ozonosfera
    Notate l’andamento della temperatura
    • nubi caratteristiche  nubi madreperlacee, sono presenti tra i 10 e i 20 km di quota.
    • Ciò dimostra la presenza di correnti orizzontali molto forti con inversioni, stagionali, di direzione.
    2. Sratosfera
  • 3. La mesosfera
    • la temperatura diminuisce e raggiunge -73°C all’altitudine di 80 km.
    • la composizione chimica dell’aria diventa fortemente dipendente dall’altitudine e l’atmosfera si arricchisce di gas leggeri.
    • A grandi altitudini, i gas residui cominciano a stratificarsi in base alla loro massa molecolare, sotto l’azione della forza gravitazionale.
    è lo strato dove noi vediamo le cosiddette " stelle cadenti ", meteore che cadono verso la Terra e bruciano al contatto con l’atmosfera.
    • da 50 a 90 km,
  • Nella mesosfera, all’alba o al tramonto, è possibile osservare le nubi nottilucenti formate da sottili aghetti di ghiaccio Nubi nottilucenti Visibili in estate al crepuscolo
  • 4. Termosfera da 90 fino a 500Km ( t° sale con l’aumentare della quota)
    • La temperatura raggiunge i 1200°C (temperatura cinetica)
    • Questo incremento della temperatura è dovuto all’ assorbimento della intensa radiazione solare da parte delle rimanenti molecole di ossigeno.
    • Ad una altitudine di 100-200 km, i principali componenti dell’atmosfera sono ancora azoto e ossigeno.
    • La termosfera è anche sede del fenomeno delle aurore polari :  archi luminosi e colorati nel cielo notturno.
    • Si formano in seguito ad interazioni tra protoni ed elettroni del vento solare con i gas (azoto ed ossigeno) presenti nell’atmosfera.
    4. Termosfera da 90 fino a 500Km
  • la porzione più esterna della mesosfera e la termosfera costituiscono la Sfruttando le proprietà della ionosfera Marconi effettuò la prima trasmissione transatlantica nel 12 dicembre 1901. Nella stazione ricevente di St. John, a Terranova , Marconi ricevette in cuffia un triplice segnale - la lettera 'S' dell'alfabeto Morse composta da tre punti - emesso dalla stazione trasmittente posta a Poldhu, in Cornovaglia. Terranova Cornovaglia. Ionosfera (60-500 km)
    • Ogni trasmissione radio utilizza due stazioni connesse da una tratta di onde elettromagnetiche che sono collegate per mezzo di due antenne.
  • ionosfera
    • le radiazioni X e U.V. del Sole, e in misura molto minore i raggi cosmici provenienti dallo spazio, provocano la ionizzazione dei gas componenti.
    • Si estende fra i 60 e i 500 km di altitudine, e può essere ulteriormente divisa in strati:
    • D, E, F 1 , F 2
  • Strato D riflette le onde lunghe fino a 3 MHz: fra i 60 e gli 80 km . Gli ioni e gli elettroni si ricombinano velocemente e pertanto l'effetto netto della ionizzazione è piuttosto basso, di notte è praticamente nullo. Strato E onde medie fino ai 10 MHz. 90 - 120 km . Il gas ionizzato è l'O 2 . La velocità di ricombinazione è minore rispetto allo strato D, e di notte permane una debole ionizzazione. Strato Es onde corte fino a 200 MHz É uno strato sporadico, che compare talvolta alla quota di 100 km, per brevi intervalli di tempo (da pochi minuti a qualche ora) . Strato F onde cortissime fra i 130 e i 500 km e. Il gas ionizzato è l'ossigeno atomico (O). Durante il dì lo strato F si divide in due ulteriori sottostrati, F1 200-250Km(interno) ed F2 400-500Km(esterno), nei quali la ionizzazione assume proprietà differenti.
  • 5. Esosfera
    • L’esosfera è la regione più distante dalla superficie della Terra.
    • Il confine superiore dello strato è relativamente indefinito.
    • L’esosfera è la zona di transizione tra l’atmosfera terrestre e lo spazio interplanetario.
    • La termosfera
    • e l’esosfera
    insieme costituiscono l’alta atmosfera. L’alta atmosfera contiene anche la magnetosfera .
    • Dalla parte del lato illuminato della Terra la magnetosfera arriva ad un’altezza di 64.000 km circa, mentre dalla parte opposta si estende a distanze considerevoli.
    • All’interno della magnetosfera si trovano le fasce di Van Allen , che si interrompono in corrispondenza delle zone polari.
    • La magnetosfera intercetta e devia le radiazioni ionizzanti che sarebbero dannose per gli esseri viventi.
    • Durante l'Anno Geofisico Internazionale ( 1957 e 1958 ) fu lanciato un satellite, l'Explorer 1 , con a bordo un contatore geiger, costruito da Van Allen.
    • L'apparecchio doveva servire a fare misure sui raggi cosmici ed ottenne buoni risultati ad altezze inferiori, mentre ad altezze maggiori non misurò alcuna particella.
    Le fasce di Van Allen
    • Un successivo satellite verificò che l'assenza di conteggi significava la presenza di una quantità di particelle talmente grande che lo strumento non era in grado di registrarle: questa è la zona delle fasce di radiazione o fasce di Van Allen .
    • Quest'ultimo satellite verificò anche che le fasce sono sempre presenti.
    • una fascia interna , relativamente compatta, situata ad un'altezza di circa 3000 km e composta da protoni di alta energia prodotti dagli urti tra i raggi cosmici e gli atomi dell'atmosfera.
    • Una fascia esterna  si estende tra i 10.000–65.000 km di altitudine ed è particolarmente intensa tra i 14.500 km e i 19.000 km. E’ costituita da protoni ed elettroni, particelle alfa e ioni ossigeno O + .
    • A differenza di quanto accade nella fascia interna, la popolazione fluttua notevolmente (il numero delle particelle non è costante nel tempo) in funzione dell'attività solare e della stagione.
    • Quando le tempeste magnetiche trasferiscono dalla magnetosfera alla fascia forti flussi di particelle, il loro numero cresce per poi diminuire all'estinguersi della tempesta.
    Le fasce di Van Allen sono due:
  •  
  • L’Ozono nell’Atmosfera Terrestre
  • ozonosfera Ozonosfera: tra i 10 e i 50 Km di altezza con un massimo intorno a 25 Km Nella stratosfera è presente l’ ozonosfera
  • Distribuzione verticale di O 3 in atmosfera Ozono stratosferico Costituisce il 90% dell’O 3 dell’atmosfera terrestre Ozono troposferico Costituisce il 10% dell’O 3 dell’atmosfera terrestre REGIONE POLARE MEDIE LATITUDINI TROPICI
  • L'OZONO
    • L'ozono è un gas di colore blu chiaro la cui molecola, relativamente instabile è formata da tre atomi di ossigeno.
    • ha un odore caratteristico, in greco "ozein" che significa "odorare".
    • E’ importante distinguere tra:
    • ozono troposferico  dannoso perché a bassa quota e quindi a contatto con gli organismi viventi;
    • E ozono stratosferico  utile perché scherma i raggi U.V.
    L’ozono si forma in vari modi: 1. Per riscaldamento dell’ossigeno ad altissime temperature, 2. facendo passare una scarica elettrica in atmosfera contenente ossigeno 3. per effetto di raggi U.V.
  • Importanza dell’ozono nell’atmosfera terrestre Effetto di schermo della radiazione solare nell’ultravioletto – l’ozono agisce da filtro sulla radiazione solare impedendo alla sue componenti con più alta energia, biologicamente dannose, di raggiungere la superficie terrestre. Influenza sull’effetto serra – l’ozono si comporta come un gas-serra ed influenza il bilancio radiativo terrestre. Alterazioni nella sua distribuzione contribuiscono, di conseguenza, ai cambiamenti climatici a livello globale Ozono troposferico e smog foto-chimico – Le sorgenti di ozono troposferico sono sia naturali sia legate all’attività umana: l’ozono in prossimità della superficie, ha un significativo impatto in termini di qualità dell’aria.
  • e si distrugge
    • Le neoformate molecole di ozono assorbono le radiazioni solari con lunghezza d’onda compresa fra 242 e 340 nm (molli),
    • provocando una reazione di fotolisi che restituisce, in un equilibrio dinamico, un atomo e una molecola di ossigeno
    • O 3 —> O 2 +O
    • in modo che la concentrazione di Ozono resti costante e venga schermato quasi il 90% di radiazioni U.V provenienti dal Sole.
    soprattutto oltre i 30 Km di altezza laddove le radiazioni U.V., inferiori ai 242 nm (dure) , dissociano l’ossigeno molecolare in ossigeno atomico che si combina rapidamente con un’altra molecola di ossigeno O + O 2 —> O 3 L’ozono stratosferico si forma Una diminuzione di appena l’1% di Ozono stratosferico causa un aumento del 2% di U.V. dannosi che raggiungono il suolo
  • Il buco nell'ozonosfera
    • è la riduzione temporanea dello strato di ozono che avviene ciclicamente durante la primavera nelle regioni polari
    • la diminuzione può arrivare fino al 70% nell‘Antartide e al 30% nella zona dell‘Artide.
    • Per estensione il termine viene
    • utilizzato per indicare il generico assottigliamento dell’ozonosfera che si è riscontrato a partire dalla fine degli ani ’70; stimato intorno al 5% dal 1979 al 1990.
    La maggiore diminuzione si è avuta ad una altezza di circa 40 km in entrambi gli emisferi
  • Unità Dobson colonna atmosferica Colonna totale numero totale di molecole di un costituente in una colonna di sezione unitaria che va dalla superficie terrestre alla sommità dell’atmosfera U D Unità DOBSON spessore in centesimi di millimetro(1/100)mm che avrebbe lo strato se tutto l'ozono fosse compresso a temperatura e pressione normali (a 0º C e ad 1 atmosfera di pressione ( 1013.25 millibar). Se tutto l’ozono stratosferico fosse portato alla pressione di 1 atm il suo spessore sarebbe di 3 mm = 300 U D
  • DOBSON UNIT 200 300 400 Esiste un forte ciclo stagionale dell’ozono alle medie ed alte latitudini, con un massimo di O 3 colonnare alle alte latitudini al termine della notte polare (inizio primavera). Total Column – 1979 Average Variazioni nella colonna totale di O 3 si osservano principalmente al variare della latitudine: la colonna totale di ozono in genere aumenta spostandosi dall’equatore verso le regioni polari.
  • Valore medio per il mese di ottobre della quantità di ozono sull'Antartide dal 1981 al 1991, in unità Dobson (DU). Notate le notevoli riduzioni, fino al 55%, nell’87, 89, 90, 91, con punte fino al 95% fra i 13 e i 21 km di quota.
  • 2006
  •  formazione di un vortice polare, durante l'inverno, che porta all'isolamento dell'aria al suo interno rispetto a quella delle medie latitudini;  forte abbassamento della temperatura all'interno del vortice tale da consentire la formazione delle nubi polari stratosferiche ;  ritorno della luce solare all’inizio della primavera, sviluppo di reazioni sulla superficie delle nubi polari stratosferiche e conversione di specie di cloro inattive in specie attive; Le condizioni per lo sviluppo del buco nell’ozonosfera sono:  innesco del ciclo catalitico di distruzione dell'ozono; il processo è a questo punto rapidissimo e progressivo per i successivi due mesi .
  • Nubi Stratosferiche Polari Le Nubi Stratosferiche Polari ( PSC , Polar Stratospheric Clouds) si formano a quote comprese tra i 20 e i 30 km, a temperature sufficientemente basse, da consentire la condensazione in particelle di acido nitrico e ghiaccio , nonostante le condizioni di bassissima umidità della stratosfera. Le PSC giocano un ruolo fondamentale nel fenomeno della deplezione del’ozono stratosferico, in quanto forniscono la superficie sulla quale possono avere luogo le reazioni che liberano i radicali attivi del Cloro e del Bromo
  • Gli U.V. C, una parte dei B e una parte degli A
  • Si calcola che la produzione di fitoplancton antartico si sia ridotta del 6-12% Conseguenze su tutta la catena alimentare Riduzione nella fissazione della CO 2 ( ≃ 5 Gigatonellate
  • a) Cl  +  O 3   --------> Cl O  +  O 2 b) Cl O  +  O  -------->  Cl  +  O 2
  • Ma i CFC non sono gli unici responsabili della distruzione dell’O 3
    • Halon ( CBrClF 2 , CBrF 3 )
    • CCl 4
    • Cl 3 CCH 3
    • Idroclorofluorocarburi C w H x F y Cl z
    • Idrobromofluorocarburi C w H x F y Br z
    • CH 3 Br ( 40 volte più potente del cloro)
    Altri composti sono:
  • Il protocollo di Montreal, siglato nel 1987 ( entrato in vigore nel nostro paese con L.393 l’1/1/1998), è stato il primo documento internazionale che ha sancito l'obbligo di ridurre i clorofluorocarburi ( CCl 3 F e CCl 2 F 2 )
    • Nel 2007, 20° anniversario di questo successo, i 191 paesi firmatari hanno raggiunto un nuovo accordo che rafforza il precedente trattato.
    • agli halon,
    • al tetracloruro di carbonio,
    • al metilcloroformio,
    • al bromuro di metile,
    • agli HBFC e HCFC
    L’obbligo è stato poi esteso
  • Strumentazione e tecniche per la misura dell’ozono stratosferico
  • La missione ENVISAT (ENVIronment SATellite) ENVISAT è il più grande satellite per l’osservazione terrestre mai realizzato per effettuare rilevamenti dell’atmosfera, degli oceani, della Terra e delle calotte polari. Lanciato dalla base ESA di Kourou il 1 marzo 2002 su orbita polare elio-sincrona Ospita un carico utile di 10 strumenti, tre dei quali sono dedicati allo studio della chimica dell’atmosfera.
  • La radiazione solare e il bilancio termico
    • L’energia arriva dal Sole prevalentemente sotto forma di onde corte (lunghezze d’onda comprese fra 400 e 700 nm):
    • Assorbimento totale dell’atmosfera  18% ( 16% dai gas N 2 , CO 2 , H 2 O; 2% dalle nubi),
    • Riflessione totale dell’atmosfera  31% ( 24% da nubi e pulviscolo atmosferico; 7% dal vapore acqueo),
    • Del restante 51 %: il 4% viene riflesso dai ghiacciai, dalle nevi, dagli oceani, dalla vegetazione ecc.., il 47% viene assorbito dalla superficie terrestre.
    • La radiazione solare assorbita dalla superficie terrestre viene riemessa sotto forma di onde lunghe (infrarossi con lunghezze d’onda comprese fra 4 e 80 µ ), che danno il maggior contributo al riscaldamento dell’atmosfera.
    La costante solare è la quantità di radiazione che arriva sulla Terra dal Sole per unità di superficie (m 2 ), misurata sulla superficie superiore dell'atmosfera terrestre, su di un piano perpendicolare ai raggi . Le misure più recenti compiute dai satelliti forniscono un valore di 1366 W/m².
    • Il 51% di radiazione che riesce ad arrivare fino alla superficie del pianeta vi giunge in parte sottoforma di raggi solari diretti (26%), in parte come luce diffusa dall'aria, dalle nubi e dal pulviscolo (25%).
    • Di questo 51% la superficie terrestre ne riflette il 4% (albedo) e assorbe il restante 47%, riscaldandosi.
    • L’energia assorbita viene successivamente irradiata verso l'atmosfera sottoforma di radiazioni infrarosse con lunghezza d'onda comprese tra 4 000 e 8 000 nm.
    È quindi la superficie terrestre a scaldare,  dal basso  e per irraggiamento, l'atmosfera. L'aria è infatti trasparente alle onde corte (spettro del visibile), di cui ne assorbe il 18%, mentre intercetta ben il 96% della radiazione infrarossa irradiata dalla superficie terrestre, mantenendo la temperatura costante e compatibile con la vita.
  • CO 2 , NOx, vapore acqueo, gas serra formano uno schermo Raggi solari Superficie terrestre Effetto serra Radiazioni infrarosse
  • 18% 31% Radiazione infrarossa uscente 67% Effetto serra 100% Energia irradiata dalla Terra 114%
    • L’energia arriva dal Sole prevalentemente sotto forma di onde corte (lunghezze d’onda comprese fra 400 e 700 nm):
    La radiazione solare assorbita dalla superficie terrestre viene riemessa sotto forma di onde lunghe infrarossi
  • Radiazione Solare : energia emessa continuamente dal Sole pari a 1,73x10 17 J/sec. Costante solare ( 1366 W/m² ): quantità di energia che in un secondo raggiunge, al limite superiore dell’atmosfera, una superficie di 1 m 2 , orientata perpendicolarmente alla radiazione solare TERRA Riceve energia dal sole, la assorbe e la converte in calore L’energia solare giunge alla Terra sotto forma di onde corte  luce Anche la Terra emette Energia, ma sotto forma di onde lunghe  infrarossi Radiazione Terrestre Il divario fra la radiazione Solare che entra e la radiazione terrestre che esce costituisce il Bilancio Radiativo
  • Perché il clima cambia?
    • Poiché il clima è semplicemente il risultato dell’equilibrio energetico che si stabilisce tra energia che entra ed energia che esce dal nostro pianeta, il clima può cambiare:
    • per cause esterne al sistema terrestre oppure
    • per cause interne al sistema terrestre
  • Cause esterne di variazione dell’energia entrante (cause astronomiche) Variazioni galattiche Rotazione della nostra galassia = 303 milioni di anni, Cambiamenti climatici, periodicità: 200 e 500 milioni di anni. Obliquità orbitale Inclinazione asse terrestre = 23.4° (osclillazione da 22° a 24.5°). Eccentricità dell’orbita terrestre Da quasi circolare a ellittica: la differenza energia solare entrante 30%. Cambiamenti climatici, periodicità: 96.000 anni e 413.000 anni
  • Cause esterne di variazione dell’energia entrante (cause astronomiche) Precessione degli equinozi La precessione ha due componeti con periodicità 19 mila e 22 mila anni. Cambiamenti climatici ogni 22 mila anni circa..
  • Cause esterne di variazione dell’energia entrante (attività solare ) Oscillazioni solari Ciclo solare: 11 anni. Ciclo magnetico solare: ogni 22 anni circa Costante solare Variazioni con le macchie solari: + o - 0,07% entrante, 0,008% termico atmosfera
  • Cause interne di variazione dell’energia uscente (geomorfologiche) Orogenesi L’orogenesi modifica la circolazione delle correnti aeree, l’albedo della superficie terrestre ed i meccanismi di feedback climatici. Epirogenesi Il processo che origina la tettonica a placche. Tali movimenti modificano l’albedo planetaria, la circolazione oceanica, ed il trasporto di calore dall’equatore ai poli. Vulcanismo Le grandi emissioni vulcaniche di polveri ed aerosol riducono l’intensità della radiazione solare incidente e provocano un raffreddamento terrestre. Le grandi emissioni vulcaniche di gas serra ne provocano, invece, un riscaldamento, che spesso è controbilanciato dal raffreddamento concomitante prodotto degli alti gas emessi.
  • Cause interne di variazione dell’energia uscente (fluidodinamiche e chimico-fisiche) Variazione della circolazione oceanica Gli oceani sono un immenso serbatoio di energia: di conseguenza se cambia la circolazione oceanica, cambia anche l’equilibrio del sistema climatico e cambia il clima. Variazioni della composizione dell’atmosfera La composizione dell’atmosfera regola la trasmissione, diffusione ed assorbimento sia della radiazione solare incidente, sia della radiazione emessa dalla terra verso lo spazio. Se cambia la composizione dell’atmosfera, cambia anche l’equilibrio del sistema climatico e cambia il clima.
  • Cause complessive dei cambiamenti climatici Il clima può cambiare su differenti scale di tempo che variano da pochi anni a molte centinaia di milioni di anni, a causa di: - fattori forzanti esterni, prevalentemente periodici (cause di origine astronomica - Milankovitch); - fattori forzanti interni, prevalentemente aperiodici (cause di origine terrestre); - fattori forzanti non lineari e feedback, prevalentemente casuali , derivanti da instabilità del sistema in relazione a sinergie dei fattori precedenti; - - FATTORI FORZANTI UMANI, a partire da 8000 anni fa, ma soprattutto a partire dal 1850.
  • Immagini in falsi colori, della stessa area di foresta pluviale amazzonica. La foresta è colorata di rosso, mentre le aree deforestate, le strade, case e fattorie sono colorate di blu. CAUSE ANTROPICHE Gilberto Câmara -Director for Earth Observation, National Institute for Space Research, Courtesy: INPE/OBT 1973 1991 1999
  • E’ cambiato il bilancio energetico del sistema climatico negli ultimi 200 anni? Perché? Le corrispondenti variazioni degli indicatori del sistema climatico sono coerenti?
  • La prima persona che previde l’eventualità che l’emissione di anidride carbonica delle combustioni avrebbe potuto causare un surriscaldamento del pianeta fù “ARREHENIUS (1859-1927). Non dimentichiamo che alla presentazione della tesi di laurea volevano bocciarlo, ma poi lo promossero con il minimo dei voti per l’ottimo curriculum che aveva. Nel 1896 pubblicò un articolo intitolato “L’influenza dell’ anidride carbonica dell’aria sulla temperatura del suolo” Ignorato successivamente sia come problema di interesse scientifico sia come fonte di preoccupazione per le possibili influenze su clima della terra
    • effetto serra;
    • il buco nell’ozono :
    • le piogge acide.
    5. 3 1 I tre maggiori problemi planetari relativi all’atmosfera:
  • Conferenze 1992: Conferenza mondiale sull’Ambiente di Rio de Janeiro. Per quell’occasione e in meno di 15 mesi, 150 Paesi si misero d’accordo sul testo della Convenzione la Convenzione sui cambiamenti climatici viene firmata da 154 Stati (più la Comunità Europea) a Rio de Janeiro. 1994 : la Convenzione entra in vigore. Con essa tutti i Paesi in via di sviluppo cominciano ad inviare i dati in loro possesso sui mutamenti climatici nazionali. Le decisioni sui primi interventi concreti sono state prese a Kyoto nel Dicembre 1997 . In questa sede si stila il Protocollo (detto di Kyoto) d’attuazione della Convenzione sul clima.
  • DOCUMENTI Il Protocollo impegna i paesi industrializzati e quelli a economia in transizione (i paesi dell'Est europeo) a ridurre complessivamente del 5,2% le principali emissioni antropogeniche di gas serra entro il 2010 e, più precisamente, nel periodo compreso tra il 2008 e il 2012. Per l’Italia, -6,5% pena una multa
    • STRATEGIA EUROPEA 20 20 20 Obiettivi della UE per il 2020:
    • Ridurre del 20% i gas climalteranti
    • Aumentare del 20% l’efficienza energetica
    • Portare al 20% la quota di energie rinnovabili nel consumo energetico.
    PROTOCOLLO DI KYOTO (PK)
  • Responsabili dell’effetto serra
    • Vapore d’acqua
    • Anidride carbonica
    • Metano
    • CFC (e nuove formulazioni es. HFC)
    • Protossido di azoto
    • Esafluoruro di zolfo (SF 6 , un gas utilizzato come isolante elettrico, per la refrigerazione e come materiale fonoassorbente).
  • Effetto serra e gas climalteranti CO 2 CFC CH 4 N 2 O 21 GWP 5000 GWP 8500GWP GWP = rapporto tra il riscaldamento globale causato in 100 anni da una sostanza e e il riscaldamento provocato da una uguale quantità di CO 2 1 GWP 350 360 340 330 320 310 1960 1965 1970 1975 1980 1985 1990 Concentrazione di CO 2 270 310 350 1978 1994 1.5 1.65 1.6 1.55 1978 1985 290 320 300 310 1979 1986
  • Emissioni di CO 2 dall’uso di combustibili fossili Source: World Resources Institute, CAIT Gt CO2
  • Come è stato modificato il ciclo del carbonio IPCC
  • Ciclo del carbonio Emissioni industriali Agricoltura Oceano Vegetali
  • I maggiori contributi di CO2
    • CINA
    • 6,2 MILIARDI t
    • USA
    • 5,8 MILIARDI t
  • Il contributo di CO2 della motorizzazione 1kg di benzina= 2kg di CO 2 1000kg di benzina= 2t di CO 2 su scala globale CIRCA IL 20%DELLE EMISSIONI
  • …… . e sistema destabilizzante
    • Combustibili fossili
    • Agricoltura
    • Cementifici
    • Attività vulcaniche
    • L’emissione deriva dalla gassificazione delle rocce carbonatiche;l’attività vulcanica attuale è piuttosto ridotta rispetto alle epoche passate
    • Deforestazione
    Sistema tamponante
    • Biota
    • Oceani
    • CO 2 in equilibrio con il sistema dei carbonati
    • CO 2 HCO 3 - CO 3 - -
    • Solubilità della CO2 dipendente dalla temperatura
  • 5.5.1 fenomeni legati ai cambiamenti climatici IPCC Intergovernmental Panel on Climate Change
    • Aumento della temperatura
    • Riduzione dei ghiacciai
    • Crescita del livello del mare
    • Precipitazioni e siccità
    • Circolazione atmosferica e oceanica
    • Eventi climatici estremi
    Fra (0,4 e 0,8) °C dal 1800, crescono soprattutto le minime Soprattutto artici e alpini 10- 25 cm negli ultimi 100 anni Le precipitazioni sono aumentate alle medie latitudini nell’emisfero Nord, sono diminuite nelle zone subtropicali Anomalie nel Niño e nella NAO Aumento dell’intensità dei cicloni tropicali ed extratropicali
  • 1960-1990 Periodo di riferimento + 0.7 °C 1990-2005 Temperatura media annua +0.43°C 1880-1960 Temperatura media annua – 0.27 °C
  • i ghiacciai delle Alpi italiane sono circa ottocento.
    • Dalla seconda metà del XIX° secolo è in atto una fase di accentuata contrazione che ha portato i ghiacciai italiani a perdere circa il 40% della loro superficie.
    Il limite delle nevi si è innalzato di circa 100 m. Molti piccoli ghiacciai sono scomparsi, mentre i maggiori si sono talora frazionati in individui minori, arretrando le loro fronti anche di 1-2 km.
    • Dalla seconda metà del XIX° secolo il Ghiacciaio dei Forni (Gruppo Ortles-Cevedale) si è ritirato di oltre 2,5 km.
    • La morena laterale che sbarra il laghetto indica il livello allora raggiunto dal ghiacciaio.
  •  
  • Aumento del livello del mare
    • Si verifica un progressivo innalzamento del livello del mare, per la maggior frequenza o per la maggiore intensità delle tempeste.
    • Un aumento dell’alluvionabilità, dell’erosione del terreno, della perdita di zone umide costiere e della penetrazione del cuneo salino in acque dolci.
    • Questo costituisce una minaccia per l’ecosistema, per le infrastrutture costiere, per l’industria turistica e per la salute umana.
    Zone costiere
  • El Niño" ( Il Bambinello ) è stato chiamato così dai pescatori delle coste orientali dell'America Centrale riferendosi alle correnti calde che invadono le loro acque costiere durante il periodo di Natale. Questo evento climatico riduce la pescosità delle acque costiere e provoca severe condizioni climatiche in tutto il mondo. .
  • In un anno normale  gli alisei soffiano verso ovest e spingono le acque superficiali calde verso l'Australia e la Nuova Guinea. Mentre queste acque calde si accumulano nei settori occidentali dell'Oceano Pacifico, acque fredde e ricche di sostanze nutritive risalgono lungo la costa occidentale dell'America Meridionale favorendo la crescita delle popolazioni di pesci
    • Le intense piogge , che sono vincolate alle acque calde, si muovono verso le regioni centrali dell'Oceano Pacifico e provocano condizioni di siccità in Indonesia e in Australia.
    • Anche le correnti atmosferiche a getto sono alterate nei loro percorsi.
    In un anno caratterizzato dal fenomeno "El Niño" i venti alisei si indeboliscono e le acque calde e povere di sostanze nutritive vanno ad occupare l'intera superficie della fascia tropicale dell'Oceano. intense piogge, siccità
  • siccità
  • Eventi climatici estremi
    • 2005
    • l’uragano Katrina ha causato l’alluvione dell’80% di New Orleans
  • Aumento eventi estremi in Italia
  • + 60% di incremento di ricoveri Impatto sul disagio nella popolazione anziana Estate 2003 (Maschi <65 anni) Osp. Careggi Firenze 1998-2000
    • A causa dei cambiamenti climatici è prevedibile un aumento della diffusione di malattie , soprattutto tropicali
  • Strategie possibili; la riduzione delle emissioni di gas-serra dovrà essere conseguita attraverso:
    • - promozione dell'efficienza energetica in tutti i settori della produzione e del consumo;
    • - sviluppo di fonti rinnovabili per la produzione di energia e di tecnologie innovative per la riduzione delle emissioni;
    • - incrementazione dei Sink : quei processi che assorbono i gas serra o i precursori dei gas serra
    • - promozione dell'agricoltura sostenibile;
    • - limitazione delle emissioni di metano dalle discariche di rifiuti e dai settori energetici;
    • - adozione di misure fiscali adeguate per disincentivare le emissioni di gas serra.
  •   (definizione secondo la legislazione italiana: DPCM n. 145 del 28/5/1983) “ Ogni modificazione della composizione o stato fisico dell’aria atmosferica dovuta alla presenza di una o più sostanze in quantità e con caratteristiche tali da alterare le normali condizioni ambientali e di salubrità dell’aria, da costituire pericolo, ovvero pregiudizio diretto o indiretto per la salute dell’uomo, da compromettere le attività ricreative e gli altri usi legittimi dell’ambiente, da alterare le risorse biologiche e gli ecosistemi ed i beni materiali pubblici e privati”.   Inquinamento atmosferico
  • FONTI
    • Naturali
    • attività vulcanica,
    • processi di erosione del suolo,
    • decomposizione di materia organica
    • Legate alle attività umane
    •  Processi di combustione : autoveicoli, impianti di riscaldamento domestici, impianti industriali, inceneritori, ecc.
    •    Lavorazioni industriali
    • Traffico motorizzato : usura e dispersioni di materiali dal manto stradale, pneumatici,
    • Fughe accidentali di materiali tossici e radioattivi
  • PRINCIPALI FONTI DI INQUINAMENTO ATMOSFERICO Fonti di inquinamento atmosferico fisse mobili Impianti industriali Centrali elettriche Impianti riscaldamento Automezzi Aerei Navi e natanti
  • Inversioni di temperatura NESSUNA INVERSIONE INVERSIONE DI TEMPERATURA
  • Principali SOSTANZE INQUINANTI
    • B iossido di zolfo : provoca danni all’apparato respiratorio e circolatorio (attacchi d’asma, bronchiti, ecc.)
    • ossidi di azoto : provoca problemi all’apparato respiratorio simili a quelle provocati dall’ozono.
    • Monossido di carbonio CO : interferisce con la capacità del sangue di trasportare ossigeno al cervello, al cuore e ai tessuti;
    • Idrocarburi incombusti,
    • piombo, effetti sul SNC (in particolare dei bambini), sulla funzionalità renale, sul sist. immunit. forse cancerogeno;
    • Benzene : agente cancerogeno e mutageno;
    • Ozono: interferisce con i tessuti dell’apparato respiratorio creando infiammazioni, difficoltà respiratorie e provocare casi d’asma;
    • PST e PM10: provocano patologie del tratto respiratorio .
  • biossido di zolfo viene facilmente assorbito dalle mucose del naso e del tratto superiore dell’apparato respiratorio A basse concentrazioni gli effetti del biossido di zolfo sono principalmente legati a patologie dell’apparato respiratorio come bronchiti, asma e tracheiti e ad irritazioni della pelle, degli occhi e delle mucose . Concentrazioni maggiori di 5 g/mc producono asfissia tossica con morte per collasso cardiocircolatorio.
  • Ossidi di azoto(NO X )
    • l'azoto molecolare (N 2 ), presente nell'aria che brucia insieme al combustibile, si ossida a monossido di azoto (NO).
    • Nell'ambiente esterno il monossido si ossida a biossido di azoto (NO 2 ), che è quindi un inquinante secondario,
    Causa irritazioni alle vie respiratorie . Contribuisce ad originare lo smog fotochimico e le piogge acide Per lunghe esposizioni a dosi elevate, può causare enfisemi polmonari e diminuzione della resistenza alle infezioni batteriche .
    • Si generano a causa dei processi di combustione,
    • L’ ossido di carbonio ( CO )
    • o monossido di carbonio
    • è un gas incolore, inodore,
    • infiammabile, e molto tossico.
    • Si forma durante le combustioni delle sostanze organiche, quando sono incomplete per difetto di aria (cioè per mancanza di ossigeno).
    • Viene prodotto anche dal fumo di sigaretta
    • La sua pericolosità è dovuta alla formazione con l’emoglobina del sangue di un composto fisiologicamente inattivo, la carbossiemoglobina , che impedisce l’ossigenazione dei tessuti.
    • A basse concentrazioni provoca emicranie, debolezza diffusa, giramenti di testa; a concentrazioni maggiori può provocare esiti letali.
    • L’ozono è un gas tossico di colore bluastro, costituito da molecole instabili formate da tre atomi di ossigeno (O3).
    • È un inquinante secondario che si origina per reazioni chimiche, favorite dalla radiazione solare, tra inquinanti primari che vengono immessi direttamente nell'atmosfera, quali gli ossidi di azoto e gli idrocarburi, che svolgono la funzione di precursori.
    • Gli effetti sull’uomo di una eccessiva esposizione all’ozono riguardano essenzialmente l’apparato respiratorio e gli occhi.
    È il principale indicatore della presenza di smog fotochimico. L’ozono stratosferico è utile L’ozono troposferico è dannoso Aumenta in estate
  • IL PARTICOLATO Polveri inalabili (PM 10) e Polveri respirabili (PM 2,5)
    • Si formano nelle combustioni (particelle incombuste); nelle aree urbane sono generate dalle centrali termiche e dagli autoveicoli. Fanno parte di questa categoria anche le polveri prodotte dall'abrasione dei freni, degli pneumatici, del manto stradale.
    • La loro pericolosità è però soprattutto dovuta alle sostanze nocive che contengono o che su di esse sono adsorbite: ad esempio, piombo, vanadio, cromo, amianto, Idrocarburi Policiclici Aromatici (IPA).
  • Deposizione dei PM nell’albero respiratorio Fino a 10 μ : deposizione alte vie respiratorie (Naso, bocca, gola) Tra 2,5 e 10 μ : bronchi <2,5 μ : bronchioli e alveoli polmonari IMPATTO SULLA SALUTE Gli effetti sull’uomo dipendono dalla natura delle particelle e dal luogo di deposizione nell’albero respiratorio. Determinano un incremento della mortalità e dei ricoveri ospedalieri per malattie cardiache e respiratorie, in particolare negli anziani, bambini, portatori di patologie cardiopolmonari, asma e malattie infettive respiratorie.
    • A livello mondiale si stima che il particolato aerodisperso sia causa di circa il:
    •  
    • 5 % della mortalità per tumori della trachea, bronchi e polmone.
    • 2 % della mortalità cardiorespiratoria.
    • 1 % della mortalità per infezioni respiratorie.
    EMISSIONI AUTOVEICOLARI I diesel sono le principali sorgenti di particelle “fini” (0.1-2.5 mm) e “ultrafini” (<0.1mm) nelle aree urbane. Il particolato autoveicolare è di matrice carboniosa sulla quale vengono adsorbiti centinaia di composti tossici mutageni e/o cancerogeni (es. IPA, benzene, formaldeide).
  • Tra i combustibili per autotrazione il metano non genera particelle ultrafini, mentre gasolio e biodisel (miscela di gasolio e olio vegetale) producono il 20% del particolato totale.
  • CENTRALINE DI MISURA Centraline installate in Emilia-Romagna La caratteristica principale degli analizzatori degli inquinanti atmosferici è quella di determinare, in modo automatico e continuo sulle 24 ore, la misura della sostanza in esame, con elevata sensibilità, anche quando presente in basse concentrazioni
    • Valore limite :
    • livello fissato in base alle conoscenze scientifiche al fine di evitare, prevenire o ridurre gli effetti dannosi sulla salute umana o per l´ambiente nel suo complesso.
    • Livello di allarme :
    • livello oltre il quale vi è un rischio per la salute umana in caso di esposizione di breve durata e raggiunto il quale si deve immediatamente intervenire.
  • VALORI LIMITE 125  g/m 3 da non superare più di 3 volte in un anno 24 ore Valore limite di 24 ore per la protezione della salute umana 350  g/m 3 da non superare più di 24 volte in un anno 1 ora Valore limite orario per la protezione della salute umana Valore limite Periodo di mediazione SO 2 40  g/m 3 per NO 2 30  g/m3 per NO x 1 anno Valore limite annuale per la protezione della salute umana 200  g/m 3 Da non superare più di 18 volte per un anno civile 1 ora Valore limite orario per la protezione della salute umana Valore limite Periodo di mediazione NOx
  • VALORI LIMITE 40  g/m 3 1 anno Valore annuale per la protezione della salute umana 50  g/m 3 da non superare più di 35 volte in un anno 24 ore Valore limite di 24 ore per la protezione della salute umana Valore limite Periodo di mediazione PM10
  • benzene
    • è utilizzato come additivo antidetonante nelle benzine senza piombo ed anche nelle benzine &quot;super&quot;.
    • Il benzene è contenuto in concentrazioni abbastanza elevate anche nel fumo di sigaretta e in quantità non trascurabili in diversi cibi .
    • danni di tipo tossicologico : anemia, linfopenia, trombocitopenia, pancitopenia;
    • effetto cancerogeno : leucemie (e con meno evidenza epidemiologica mieloma multiplo e linfomi);
    • danni genetici , a livello dei cromosomi.
  • SO 2 + H 2 O = H 2 SO 3 La pioggia è normalmente acida per la presenza della CO 2 +H 2 O = H 2 CO 3 PH=5,6 NOx + H 2 O = HNO 3 ACIDIFICAZIONE DEL SUOLO NOx CO 2 SO 2 Piante colpite dalle piogge acide
  • Le piogge acide
    • EFFETTI:
      • Devastanti sui corpi idrici e flora in generale
      • Riduzione dell’attività di fotosintesi
      • Deterioramento delle strutture edili
    • CAUSE:
      • Anidride solforosa da scarichi industriali e in generale da combustione di carbone e derivati del petrolio
      • Ossidi di azoto da motori dei veicoli e combustione del metano
  • PIOGGE ACIDE Nel Nord America e nel Nord Europa , a causa di questo fenomeno si è avuta una riduzione delle foreste . Ogni anno sul suolo svedese cadono, con la pioggia, migliaia di tonnellate di zolfo; più della metà dei boschi tedeschi e inglesi è gravemente malata; in Italia le piogge acide hanno già danneggiato il 10% del patrimonio boschivo. riescono a corrodere il calcare dei monumenti, e sono sono dannose per le piante sia in modo diretto che attraverso l ’acidificazione del suolo .
  • SMOG FOTOCHIMICO Lo smog fotochimico si verifica nelle giornate con particolari condizioni meteorologiche climatiche e con forte insolazione. Gli ossidi di azoto (NOx) e i composti organici volatili (VOC), in atmosfera vanno incontro ad un complesso sistema di reazioni fotochimiche indotte dalla luce ultravioletta presente nei raggi del sole. Il tutto porta alla formazione di: Ozono ( O 3 ) Perossiacetil nitrato ( PAN ) Perossibenzoil nitrato ( PBN ) Aldeidi e centinaia di altre sostanze Lo smog fotochimico è facilmente individuabile per il suo caratteristico colore che va dal giallo-arancio al marroncino, per il fatto che nell’aria sono presenti grandi quantità di biossido d’azoto . Il termine smog deriva da: SMOKE (fumo) e FOG (nebbia), A Londra tra il 4 e il 9 dicembre 1952 lo smog provocò la morte di 4000 persone.
  • CONDIZIONI AMBIENTALI Perché si manifesti lo smog fotochimico devono verificarsi precise condizioni ambientali che comprendono:  La presenza della LUCE SOLARE  Una temperatura di ALMENO 18° C, necessaria perché molte delle reazioni del processo di formazione dello smog fotochimica richiedono specifiche energie di attivazione.  La presenza di COMPOSTI ORGANICI VOLATILI (VOC).  La presenza di OSSIDI DI AZOTO. LA FORMAZIONE
  • Asian Brown Cloud Mix di ceneri, particolato (nano-micro) vapore, smog fotochimico, inquinanti gassosi acidi, vapore d’acqua. Derivante dalle emissioni ndustriali, da gas di scarico veicolare, e combustioni a bassa tecnologia
    • Negli ultimi anni sono state improntate strategie di intervento finalizzate al raggiungimento di uno sviluppo sostenibile.
    • Sono state organizzate diverse conferenze internazionali sul clima e sono stati stipulati accordi come il famoso protocollo di Kyoto firmato da molti paesi a livello internazionale che prevede la riduzione entro il 2012 dell’8% di 6 gas serra .
    • Gli studiosi si dividono in due orientamenti di pensiero:
    • quelli secondo i quali bisogna prendere seri provvedimenti per ridurre le emissioni, altrimenti si andrà verso cambiamenti climatici irreversibili;
    • quelli più ottimisti che ritengono l’attuale aumento della temperatura legato ai normali cicli climatici influenzati dalle macchie solari e comunque dall’attività solare, fenomeni che dipendono dall’intensità del campo magnetico solare.
    • il radon viene generato in continuazione dagli elementi radioattivi presenti in tutti i costituenti della crosta terrestre, in modo particolare nelle rocce di origine vulcanica come le lave, le pozzolane, i tufi, il granito ed il porfido.
    • il radon è un gas che può facilmente penetrare all’interno dei polmoni
    • Nei polmoni le particelle alfa che si liberano in seguito al decadimento del radon e della sua progenie possono danneggiare il DNA e l’RNA delle cellule.
    • Se i naturali meccanismi di riparazione degli acidi nucleici (DNA e RNA) non sono in grado di riparare tutti i danni causati da queste radiazioni alfa allora vi è la possibilità che il tutto possa portare alla formazione di un tumore ai polmoni.
  • indagine nazionale sulla esposizione al radon nelle abitazioni. Il valore della concentrazione media è risultato: 70 Bq/m 3 Valore relativamente elevato rispetto alla media mondiale valutata intorno a 40 Bq/m 3 e a quella europea di circa 59 Bq/m 3 .
  •  
  • Asbestosi le fibre di amianto provocano una cicatrizzazione (fibrosi) del tessuto polmonare; ne conseguono irrigidimento e perdita della capacità funzionale. Le fibre di asbesto arrivano agli alveoli polmonari. La pericolosità delle fibre di asbesto è legata al diametro molto piccolo e a una lunghezza superiore a cinque millesimi di millimetro. Una parte dell'asbesto non riesce ad essere espulsa e resta negli alveoli dove provoca una irritazione (alveolite): sembra che questo sia il primo passo per l'instaurarsi di lesioni cicatriziali. La malattia insorge dopo un periodo di latenza di molti anni Nel corso degli anni si può giungere a quadri di insufficienza respiratoria gravissimi e infine mortali Non esiste una terapia specifica