Attivit

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Qualità dellaria
Modellistica e Gestione dei Sistemi
Ambientali a.a. 2007-2008 Dispense del
Corso Laurea in Ingegneria Gestionale Laurea
Specialistica in Ingegneria delle
Telecomunicazioni (ind. Sistemi di
Telerilevamento) Laurea Specialistica in
Ingegneria Informatica (ind. Gestione e
Automazione dei Servizi) Chiara Mocenni
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Lecosfera

• E costituita da
• Litosfera,
• Idrosfera,
• Biosfera,
• Atmosfera.

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• La litosfera
• La litosfera è l'involucro esterno rigido della
  terra, con spessore di 70-150 Km, suddiviso in
  placche mobili. La parte più superficiale, con
  uno spessore di 20-60 Km, viene definita crosta.
  Gli elementi presenti in quantità notevole nella
  crosta sono solo 8. La maggior parte degli
  elementi della crosta è presente sotto forma di
  silicati.Lo strato sottile di alterazione
  superficiale è detto pedosfera o suolo.

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• L'idrosfera è costituita dal complesso delle
  acque, che coprono i sette decimi della
  superficie terrestre. Dell'idrosfera fanno parte
  oceani, mari, ghiacciai, laghi, fiumi, falde
  acquifere sotterranee. Gli atomi di idrogeno e
  ossigeno sono di gran lunga la componente più
  abbondante dell'idrosfera. Altri elementi vi si
  trovano in quantità relativamente molto piccola e
  si tratta in buona parte di sali solubili in
  acqua.

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La biosfera

• La biosfera è l'insieme dellle zone della terra
  nelle quali sono presenti i viventi.
• Comprende perciò
• la parte inferiore dell'atmosfera (i primi 10 Km
  circa)
• tutta l'idrosfera
• la parte superficiale della litosfera (i primi 2
  Km di profondità della crosta terrestre).
• Il termine biosfera viene usato anche per
  individuare l'insieme di tutti gli esseri viventi.

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Latmosfera

• Lo strato di atmosfera che circonda la Terra è
  estremamente sottile. Se si considera solo la
  parte più densa che giunge a circa 60 km al di
  sopra della superficie terrestre, si ha uno
  spessore che è pari a solo un centesimo del
  raggio della Terra all'Equatore, che è di 6.378
  km. La composizione chimica e le caratteristiche
  fisiche dell'atmosfera variano secondo la quota.
  La composizione dell'atmosfera tra il suolo e
  10-12 km può però considerarsi pressoché costante
  e formata da un miscuglio di gas tra i quali
  dominano nettamente l'azoto e l'ossigeno.

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Latmosfera si suddivide in

• Mesosfera si trova da 50 a 90 km e qui la luce
  solare scinde le molecole presenti (ad esempio
  lH2O è scissa in atomi di idrogeno  e ioni
  ossidrili)
• Stratosfera si trova tra 12 e 50 chilometri, è
  caratterizzata dalla formazione e dallaccumulo
  dellozono. Questo gas assorbe i raggi
  ultravioletti provenienti dal sole impedendo loro
  di raggiungere la terra e provocare danni agli
  organismi viventi.
• Troposfera ha uno spessore di circa 12 km, ed e
  caratterizzata dalla presenza degli organismi
  viventi e sede dei diversi fenomeni climatici e
  meteorologici,  è  caratterizzata dalla  presenza
  di gran parte  delle nuvole e da intensi moti
  dellaria.

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• Vicino alla superficie terrestre latmosfera è
  formata da N2 (78), O2(21), CO2(0,03), e da
  piccole e piccolissime quantità di molti altri
  gas (argon e altri gas nobili, idrogeno, ozono
  vapor acqueo, metano). Tale composizione è quasi
  costante, ed è una conseguenza del rimescolamento
  prodotto dalle correnti atmosferiche e si
  riferisce ad aria secca e pulita.

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• La più importante sorgente di energia per
  l'ecosfera è lenergia del sole
• In base ad un bilancio energetico risulta che,
  mediamente, tutta l'energia in entrata, sia nel
  comparto biotico che nel comparto abiotico, viene
  reirradiata nello spazio.
• L'energia che arriva sulla Terra con radiazioni
  di diversa lunghezza d'onda, (la maggior parte
  nella regione del visibile, e perciò a basso
  contenuto entropico), viene interamente riemessa
  all'esterno del pianeta sotto forma di calore,
  cioè di radiazioni con la lunghezza d'onda
  dell'infrarosso, a più alto contenuto entropico
  (energia libera).
• La radiazione solare fornisce l'energia libera
  che determina la maggior parte dei cambiamenti e
  degli eventi che avvengono nell'ecosfera.

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• Una parte dell'energia solare, circa il 35,
  viene riflessa direttamente verso lo spazio
  dall'atmosfera.
• Il restante 65 viene dapprima assorbito (circa
  il 19 dall'atmosfera, circa il 46 dalla
  superficie) e infine reirradiato nello spazio.
• E' chiaro che praticamente tutta l'energia solare
  che arriva alla Terra viene reirradiata nello
  spazio.

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Aria contaminata

• I composti di origine naturale e/o antropica, per
  la loro caratteristica o per la quantità con cui
  sono presenti, possono essere in grado di
  produrre danni anche gravi agli esseri viventi,
  alla vegetazione e ai manufatti.

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• Linterazione della biosfera con latmosfera ed
  in particolare lemissione di inquinanti produce
  conseguenze sui naturali processi di produzione e
  rimozione delle sostanze.

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Rilevazioni sperimentali

• Alte concentrazioni di ozono e altri ossidanti
  fotochimici in aree urbanizzate
• Aumento dei valori di ozono troposferico
• Acidità delle piogge (pH sempre più bassi)
• Iperattività algale nei mari (vedi dispense sulla
  qualita dellacqua).

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LOzono O3

• Ozono statosferico. Lozono stratosferico è
  assolutamente indispensabile per lesistenza
  della vita sulla Terra, è   in grado infatti di
  neutralizzare, assorbendola, la componente
  ultravioletta della radiazione solare,
  estremamente dannosa per tutti gli organismi
  viventi.

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• Le reazioni di formazione e decomposizione
  dellozono si ripetono continuamente assicurando
  la presenza dello strato naturale di ozono.
• Le attività umane possono modificare le quantità
  di ozono stratosferico e la sua distribuzione
  verticale. I principali responsabili di questo
  cambiamento sono
• i clorofluorocarburi (CFC)
• i fertilizzanti azotati, utilizzati
  nellagricoltura che entrando nel ciclo
  dellazoto aumentano la produzione batterica di
  ossidi di azoto
• i processi di combustione (riscaldamento
  domestico, industriale e trasporti) che immettono
  ossidi di azoto nellatmosfera

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• I CFC non sono composti naturali, ma sono stati
  sintetizzati dalluomo a partire dagli anni '30.
  Sono inerti chimicamente e non sono infiammabili.
  Il loro impiego era legato soprattutto
  allutilizzo nei circuiti refrigeranti, come
  propellente per aerosol (o spray) e come schiume
  per lisolamento termico.
• I CFC non subiscono alcun cambiamento prima di
  arrivare nella stratosfera, dove vengono demoliti
  a opera dei raggi UV liberando cloro, che funge
  da catalizzatore delle reazioni che portano alla
  distruzione dell'ozono.

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• Accordi internazionali hanno limitato la
  produzione di CFC
• Protocollo di Montreal del 1987 prevedeva la
  riduzione del 50 della produzione entro il 1999.
• Accordi di Londra e di Copenaghen del 1990 hanno
  previsto  la cessazione della produzione di CFC a
  partire dal 2000.

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Scala urbana e regionale

• Monossido di carbonio (CO)
• Composto gassoso inodore, insapore e incolore.
• Formazione combustione incompleta di carbonio
• 2C O2 ? 2CO (veloce)
• 2CO O2 ? 2CO2 (lenta)

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• Reazione ad elevata temperatura (negli altoforni
  minerali contenenti ossido di ferro per la
  produzione della ghisa) tra CO2 e composti
  contenenti carbonio
• CO2 C ? 2CO
• Dissociazione ad alta temperatura di CO2 in CO e
  O.
• Lequilibrio CO2 ? CO O si sposta a destra
  quando i fumi vengono bruscamente raffreddati e
  la CO2 rimane dissociata.

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Sorgenti

• Mezzi di trasporto su strada (63)
• Trattamento dei rifiuti (17)
• Altre forme di trasporto (7)
• Combustione (industriale e non) (7)
• Processi di produzione (5)
• Altro (1).

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Ossidi di azoto (NO e NO2)

• Le reazioni avvengono ad alte temperature
  (gt1210C) tra N2 e O2
• N2O2 ? 2NO
• 2NO 2O2? 2NO2

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• Sorgenti la fonte principale di NOx è lazione
  batterica che ne produce un quantitativo dieci
  volte superiore a quello antropico. Si è
  riscontrato però che in aree urbane la
  concentrazione di NOx è 10-100 volte superiore
  che nelle aree extraurbane.
• La maggiore fonte di NOx sono i trasporti.

23

• Il tempo di permanenza in atmosfera degli NOx è
  breve (3-4 giorni). Questo fa pensare che vi
  siano meccanismi di rimozione naturale.

24
Effetti degli NOx

• Piante (NO2 necrosi delle foglie, NO diminuzione
  della velocità della fotosintesi).
• Uomo (Sono irritanti per lapparato respiratorio,
  e provocano lesioni infiammatorie irreversibili
  del tessuto polmonare in caso di forte
  esposizione, e lesioni vicine allenfisema in
  caso di esposizione permanente. In particolare il
  biossido di azoto (NO2), specie se a elevate
  concentrazioni, può essere causa di convulsioni,
  di paralisi del sistema nervoso centrale, di
  irritazione al naso e agli occhi, nonché di
  nefriti croniche).

25
Ossidi di zolfo

• SO2 (biossido di zolfo), SO3 (anidride
  solforosa).
• S O2 ? SO2
• 2SO2 O2 ? 2SO3
• In presenza di vapore acqueo si forma lacido
  solforico
• SO3 H2O ? H2SO4

26
Fonti di inquinamento

• Naturali (vulcani) (61)
• Antropiche (39)

27
Effetti

• Piante
• Brevi esposizioni ad alte concentrazioni danni
  acuti (necrosi delle foglie)
• Lunghe esposizioni a basse concentrazioni danni
  cronici (riduzione dellattività fotosintetica)
• Uomo
• gas pungente irritazioni del tratto superiore
  dellapparato respiratorio

28
Il particolato o aerosol atmosferico

• Insieme della particelle la cui dimensione può
  variare da pochi angström (fine particle) a
  qualche centinaia di micron (coarse particle).
• Fine particle
• 0.005-0.1 µm vengono prodotte per condensazione
  di vapori prodotti nella combustione, la più
  numerosa, ma contribuisce poco alla massa totale
• 0.1-2.5 µm condensazione di vapori e
  coagulazione di particelle più piccole
• Il coarse particle è costituito dalle polveri.

29
Fonti di inquinamento

• Processi naturali vulcani, effetti del vento sul
  terreno. Questi processi solo raramente producono
  inquinamento.
• Attività umana industria delle costruzioni
  (particelle di polvere), fonderie (ceneri
  volatili), combustione incompleta (fumi).
  Trasporti (combustione e polverizzazione di
  materiali quali gomma di pneumatici e asfalto da
  parte di veicoli)

30
Effetti

• Piante polveri di forni per cemento formano una
  incrostazione sulle foglie che impedisce la
  fotosintesi.
• Uomo gli effetti maggiori si hanno sullapparato
  respiratorio in proporzione inversa rispetto alla
  dimensione delle particelle.

31

• Le polveri totali sospese (pts) sono responsabili
  dello  smog classico, chiamato anche "smog di
  tipo Londra", che consiste in una nebbia nerastra
  con alte concentrazioni di fumo e gas
• smog smoke (fumo) fog (nebbia)

32
Smog fotochimico

• Le reazioni fotochimiche sono reazioni di
  fotodissociazione che, in presenza di particolari
  condizioni emissive o meteorologiche possono
  produrre grandi quantità di inquinanti secondari
  e di ozono.
• Linquinamento fotochimico è il complesso delle
  trasformazioni degli ossidi di azoto e dellozono
  che, in presenza di composti organici, producono
  sostanze nocive come i PAN (Perossi-Acetil-Nitrati
  ).

33

• Smog di Los Angeles, da non confondersi con lo
  smog di Londra.

34

• I composti principalmente coinvolti
  nellinquinamento fotochimico sono lozono
  troposferico e i VOC

35
LOzono troposferico

• Gli inquinanti primari coinvolti nella formazione
  di ozono (inquinante secondario) sono
• gli ossidi di azoto (NOx) emessi dal traffico
  veicolare, dagli impianti di combustione delle
  industrie, dalle centrali termoelettriche, dagli
  inceneritori di rifiuti
• i composti organici volatili (VOC) prodotti dalle
  diverse attività umane e in particolare dal
  traffico veicolare.

36

• L' ozono presenta un andamento tipicamente
  stagionale  e raggiunge le massime concentrazioni
  in estate, durante le ore diurne con un picco
  sempre di massimo nelle prime ore del pomeriggio
  di giornate assolate.

37
Effetti dellO3 sullambiente piante

• Lozono è è considerato attualmente linquinante
  atmosferico più dannoso per le piante. Infatti,
  essendo facilmente solubile in acqua, penetra
  nelle foglie dove è in grado di alterare
  lattività degli enzimi responsabili della
  fotosintesi con conseguente distruzione della
  clorofilla.
• Gli effetti più visibili sono lingiallimento
  delle foglie, la necrosi (macchie),
  linvecchiamento precoce lozono tuttavia causa
  anche una riduzione dei cicli vegetativi e uno
  sviluppo ridotto.

38
Effetti dellO3 sulla salute uomo

• Lozono è un gas altamente aggressivo e la sua
  inalazione provoca lirritazione delle vie
  respiratorie delluomo e dellanimale.
• I sintomi dipendono sia dalla sua 
  concentrazione  nellaria che  dalla durata
  dellesposizione.
• Gli episodi di inquinamento acuto di poche ore,
  sono responsabili di irritazione agli occhi, al
  naso e alla gola, di attacchi di tosse e di un
  senso di pressione sul torace.

39
Inquinamento da VOC

• Provengono da attività e processi industriali,
  da riscaldamento domestico e industriale e
  dallevaporazione del carburante.
• Principali cause
• Processi naturali
• Trasporto su strada (emissione di idrocarburi)
• Uso di solventi
• Agricoltura e foreste

40
Effetti dei VOC sulla salute delluomo

• I VOC possono dar luogo ad anemia, disturbi
  nervosi, leucemia, ma soprattutto aumentano il
  rischio di cancro.
• Combinati con altri agenti inquinanti potrebbero
  contribuire alla formazione di malattie del
  sangue e disturbi genetici.

41
Effetto Serra e clima

• La luce solare rappresenta la principale fonte di
  energia ed è indispensabile per la presenza e la
  permanenza della vita sulla terra.
• Lenergia del sole, dopo aver attraversato i
  diversi strati dellatmosfera, viene qui
  assorbita, riflessa e diffusa. Raggiunge poi la
  superficie solida o liquida della terra dove
  viene in parte assorbita.
• Ciò produce il riscaldamento della superficie
  terrestre che emette a sua volta una radiazione
  elettromagnetica, prevalentemente infrarossa.
• Queste radiazioni vengono a loro volta in parte
  assorbite dai gas atmosferici (in particolare
  H2O, CO2, CH4 chiamati gas-serra) che riemettono
  poi lenergia termica verso il suolo,
  intrappolando così il calore a contatto con la
  superficie.

42

• J.B. Fourier nel 1827 ha ipotizzato per primo
  l'esistenza di un effetto atmosferico, che tende
  a riscaldare il pianeta, utilizzando l'analogia
  di ciò che succede in una serra, dove in
  condizioni di equilibrio, si  mantiene
  allinterno della serra stessa una temperatura
  poco variabile tra il giorno e la notte.

43

• Il tenore di CO2 (uno dei maggiori responsabili
  delleffetto serra) della troposfera è
  leggermente aumentato, passando da 290 ppm (parti
  per milione) allinizio del secolo a 321 ppm nel
  1970 e circa 325 ppm negli anni ottanta. Questo
  aumento è associato alla crescita delle attività
  economiche e dei processi di combustione a cui si
  deve aggiungere la costante diminuzione del
  patrimonio boschivo, con il conseguente calo
  della fotosintesi clorofilliana.

44
(No Transcript)
45
(No Transcript)
46
Tratto da National Center for Atmospheric
Research and University Corporation for
Atmospheric Research. http//www.ucar.edu/
47
(No Transcript)
48

• Questi eventi potrebbero avere un impatto molto
  negativo sullagricoltura, sulla flora e sulla
  fauna con scomparsa di talune specie e la
  distruzione di particolari ecosistemi. 

49
Accordi internazionali

• 1992 Conferenza di Rio impegno a non superare
  nel  2000 le emissioni industriali  del 1990
• 1997 Conferenza di Kyoto impegno alla riduzione
  del 5,2 delle emissioni dei gas serra dei Paesi
  industrializzati entro il 2008-2012
• 1998 Conferenza di Buenos Aires attuazione del
  protocollo di Kyoto, ratifica da parte di 55
  Paesi che rappresentano almeno il 55 del totale
  delle emissioni.

50
Accordi nazionali

• 1998 Delibera del CIPE (Comitato
  Interministeriale per la Programmazione Economica
  ) individua 6 azioni per la riduzione delle
  emissioni dei gas-serra
• aumento di efficienza del sistema elettrico
• riduzione dei consumi energetici nel settore dei
  trasporti
• produzione di energia da fonti rinnovabili
• riduzione dei consumi energetici nei settori
  industriale, abitativo, terziario
• riduzione delle emissioni nei settori non
  energetici
• assorbimento delle emissioni di anidride
  carbonica da parte delle foreste