Diapositiva 1 - Campus Sostenibile

Il Black Carbon: un problema ambientale
dalla scala globale alla scala locale
Roberta Vecchi
Gruppo di ricerca di Fisica dell’Ambiente
[email protected]
Cos’è il Black Carbon?
…nonostante l’apparente “familiarità”, allo stato dell’arte non sono ancora ben
definiti tutti gli aspetti che lo riguardano (definizione, metodologie di misura e
stima degli effetti)…
The blind men and the elephant
…a proposito di “Black Carbon”
è nero
è
refrattario
è carbonio
The blind men and the elephant.
Poem by John Godfrey Saxe
(Cartoon originally copyrighted by the authors;
G. Renee Guzlas, artist).
è
insolubile
è un
assorbitore di luce
è un
aggregato
Perchè “black”
Perché, è un assorbitore di luce e – in particolare - tra
le varie componenti dell’aerosol atmosferico,
il Black Carbon (BC) è il maggiore assorbitore della
radiazione solare
Aerosol atmosferico = insieme di particelle solide e liquide
in sospensione in atmosfera (emesse da sorgenti naturali e
antropiche)
Perché “carbon”
Perché si tratta di un agglomerato di piccole sfere di carbonio elementare, la cui
dimensione e forma è molto variabile.
Dimensione originaria ~ 20-30 nm,
subito dopo l’emissione si formano
dei cluster, delle catene lineari o
ramificate
(aggregati e agglomerati)
che
raggiungono dimensioni dell’ordine
dei µm
1 nm = 10-9m = 0.000000001 metri
1 µm = 10-6m = 0.000001 metri
A seguito di processi di
“invecchiamento” in
atmosfera le particelle di
BC si modificano
Origine del Black Carbon
Processi di combustione incompleta: insufficienza di ossigeno per portare
a completa ossidazione (CO2) tutto il carbonio presente nel combustibile
utilizzato nella combustione
Sorgenti di BC a scala globale
Incendi
savana
Traffico
Riscaldamento
a biomassa
Combustione di
biomassa
per cucinare
Industria
(combustione di
carbone)
Bond et al. 2013
EECCA=Eastern Europe, Caucasus and Central Asia
Effetti a scala globale: interazioni aerosol-clima
1.
Effetti diretti
Particelle che diffondono la luce (es. solfato)
Particelle che assorbono la luce (es. black carbon)
-> effetto di raffreddamento dell’atmosfera
-> effetto di riscaldamento dell’atmosfera
2. Effetti indiretti
(associati a tutti gli aerosol atmosferici in quanto nuclei di condensazione per la formazione nubi)
Es. aerosol marino
Es. particelle di BC,
solfato, nitrato,
carbonio organico,
ecc…
Effetti sulla vita media delle nubi e sulle proprietà ottiche delle nubi
(riflessione/assorbimento/trasmissione della luce)
Esempio: ship tracks
“nube inquinata”
“nube non
inquinata”
SHIP TRACKS: tracce lasciate dalle emissioni delle navi visibili nelle nubi al largo della costa francospagnola. Immagini fornite dallo spettroradiometro MODIS (MODerate resolution Imaging Spectroradiometer) a bordo del satellite AQUA
(immagine relativa al giorno 27/1/ 2003)
3. Effetti sull’albedo del pianeta (albedo = potere riflettente)
Neve con depositi di BC
-> aumentato assorbimento
(diminuzione albedo)
Neve “pulita”
-> elevata riflettività (elevata albedo)
Black Carbon depositato su ghiacciai in Tibet
diminuzione albedo
Effetti di feed-back !
maggiore
scioglimento ghiacciai
più radiazione solare assorbita
…alcune stime quantitative…
CO2 e CH4
“famosi” gas serra
BC
Forcing radiativo (W/m2)
Forcing radiativo = cambiamento nell’irradianza netta dovuta alla variazione di concentrazione di una
determinata specie presente in atmosfera
Il Black Carbon a scala urbana
Andamento tipico giornaliero BC
7500
5
6000
4
4500
3
3000
2
1500
1
0
0
NOx (ppb/20)
6
BC (mg/m3)
9000
dati del gruppo di Fisica
dell’Ambiente – UniMi
0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
7.00
8.00
9.00
10.00
11.00
12.00
13.00
14.00
15.00
16.00
17.00
18.00
19.00
20.00
21.00
22.00
23.00
(#/cm3)
numero particelle
concentratione
Città Studi, Milano, inverno 2012
ora
d<700nm
NOx
BC
Andamento tipico BC giorni feriali/festivi
Città Studi, Milano, inverno 2012
5
4
3
2
1
0
0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
7.00
8.00
9.00
10.00
11.00
12.00
13.00
14.00
15.00
16.00
17.00
18.00
19.00
20.00
21.00
22.00
23.00
tracciante per emissioni da traffico
6
(mg/m3)
A scala urbana il BC è buon
concentrazione BC
7
ora
BC_giorni lavorativi
BC_weekend
BC ed effetti sulla salute
Diesel exhaust
µm
µm
Il BC è un vettore per componenti tossiche/cancerogene (es. metalli pesanti e
Idrocarburi Policiclici Aromatici, IPA).
BC ed effetti sui beni culturali
Formazione di croste nere
Solfatazione
-> formazione di gesso (CaSO4•2H2O)
inclusione particelle BC
calcite (CaCO3)
Effetti sulla visibilità
Asian brown clouds
Sorgenti
..le concentrazioni di BC in Città Studi negli ultimi 15 giorni….
(dati del gruppo di Fisica dell’Ambiente)
[email protected]
MAC=6.6 m2/g