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Modellistica e Gestione dei Sistemi Ambientali a.a. 2007-2008 Dispense del Corso Laurea in Ingegneria Gestionale Laurea Specialistica in Ingegneria delle.

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Presentazione sul tema: "Modellistica e Gestione dei Sistemi Ambientali a.a. 2007-2008 Dispense del Corso Laurea in Ingegneria Gestionale Laurea Specialistica in Ingegneria delle."— Transcript della presentazione:

1 Modellistica e Gestione dei Sistemi Ambientali a.a 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 Qualità dellaria

2 Modellistica e Gestione dei Sistemi Ambientali Lecosfera E costituita da: Litosfera, Idrosfera, Biosfera, Atmosfera.

3 Modellistica e Gestione dei Sistemi Ambientali La litosfera La litosfera è l'involucro esterno rigido della terra, con spessore di Km, suddiviso in placche mobili. La parte più superficiale, con uno spessore di 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.

4 Modellistica e Gestione dei Sistemi Ambientali 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.

5 Modellistica e Gestione dei Sistemi Ambientali 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.

6 Modellistica e Gestione dei Sistemi Ambientali 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 km. La composizione chimica e le caratteristiche fisiche dell'atmosfera variano secondo la quota. La composizione dell'atmosfera tra il suolo e km può però considerarsi pressoché costante e formata da un miscuglio di gas tra i quali dominano nettamente l'azoto e l'ossigeno.

7 Modellistica e Gestione dei Sistemi Ambientali Latmosfera si suddivide in: Mesosfera: si trova da 50 a 90 km e qui la luce solare scinde le molecole presenti (ad esempio lH 2 O 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.

8 Modellistica e Gestione dei Sistemi Ambientali Vicino alla superficie terrestre latmosfera è formata da N 2 (78%), O 2 (21%), CO 2 (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.

9 Modellistica e Gestione dei Sistemi Ambientali La più importante sorgente di energia per l'ecosfera è lenergia del soleenergia 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.bilancio energetico 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).energia libera La radiazione solare fornisce l'energia libera che determina la maggior parte dei cambiamenti e degli eventi che avvengono nell'ecosfera.energia libera

10 Modellistica e Gestione dei Sistemi Ambientali 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.

11 Modellistica e Gestione dei Sistemi Ambientali 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.

12 Modellistica e Gestione dei Sistemi Ambientali Linterazione della biosfera con latmosfera ed in particolare lemissione di inquinanti produce conseguenze sui naturali processi di produzione e rimozione delle sostanze.

13 Modellistica e Gestione dei Sistemi Ambientali 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).

14 Modellistica e Gestione dei Sistemi Ambientali LOzono O 3 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.

15 Modellistica e Gestione dei Sistemi Ambientali 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

16 Modellistica e Gestione dei Sistemi Ambientali 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.

17 Modellistica e Gestione dei Sistemi Ambientali Accordi internazionali hanno limitato la produzione di CFC: Protocollo di Montreal del 1987 prevedeva la riduzione del 50% della produzione entro il Accordi di Londra e di Copenaghen del 1990 hanno previsto la cessazione della produzione di CFC a partire dal 2000.

18 Modellistica e Gestione dei Sistemi Ambientali Scala urbana e regionale Monossido di carbonio (CO) Composto gassoso inodore, insapore e incolore. Formazione: combustione incompleta di carbonio 2C + O 2 2CO (veloce) 2CO + O 2 2CO 2 (lenta)

19 Modellistica e Gestione dei Sistemi Ambientali Reazione ad elevata temperatura (negli altoforni: minerali contenenti ossido di ferro per la produzione della ghisa) tra CO 2 e composti contenenti carbonio CO 2 + C 2CO Dissociazione ad alta temperatura di CO 2 in CO e O. Lequilibrio CO 2 CO + O si sposta a destra quando i fumi vengono bruscamente raffreddati e la CO 2 rimane dissociata.

20 Modellistica e Gestione dei Sistemi Ambientali 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%).

21 Modellistica e Gestione dei Sistemi Ambientali Ossidi di azoto (NO e NO 2 ) Le reazioni avvengono ad alte temperature (>1210°C) tra N 2 e O 2 : N 2 O 2 2NO 2NO + 2O 2 2NO 2

22 Modellistica e Gestione dei Sistemi Ambientali Sorgenti: la fonte principale di NO x 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 NO x è volte superiore che nelle aree extraurbane. La maggiore fonte di NO x sono i trasporti.

23 Modellistica e Gestione dei Sistemi Ambientali Il tempo di permanenza in atmosfera degli NO x è breve (3-4 giorni). Questo fa pensare che vi siano meccanismi di rimozione naturale.

24 Modellistica e Gestione dei Sistemi Ambientali Effetti degli NO x Piante (NO 2 : 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 (NO 2 ), 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 Modellistica e Gestione dei Sistemi Ambientali Ossidi di zolfo SO 2 (biossido di zolfo), SO 3 (anidride solforosa). S + O 2 SO 2 2SO 2 + O 2 2SO 3 In presenza di vapore acqueo si forma lacido solforico SO 3 + H 2 O H 2 SO 4

26 Modellistica e Gestione dei Sistemi Ambientali Fonti di inquinamento Naturali (vulcani) (61%); Antropiche (39%);

27 Modellistica e Gestione dei Sistemi Ambientali 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 Modellistica e Gestione dei Sistemi Ambientali 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: μm: vengono prodotte per condensazione di vapori prodotti nella combustione, la più numerosa, ma contribuisce poco alla massa totale; μm: condensazione di vapori e coagulazione di particelle più piccole; Il coarse particle è costituito dalle polveri.

29 Modellistica e Gestione dei Sistemi Ambientali 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 Modellistica e Gestione dei Sistemi Ambientali 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 Modellistica e Gestione dei Sistemi Ambientali 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 Modellistica e Gestione dei Sistemi Ambientali 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 Modellistica e Gestione dei Sistemi Ambientali Smog di Los Angeles, da non confondersi con lo smog di Londra.

34 Modellistica e Gestione dei Sistemi Ambientali I composti principalmente coinvolti nellinquinamento fotochimico sono lozono troposferico e i VOC

35 Modellistica e Gestione dei Sistemi Ambientali LOzono troposferico Gli inquinanti primari coinvolti nella formazione di ozono (inquinante secondario) sono: gli ossidi di azoto (NO x ) 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 Modellistica e Gestione dei Sistemi Ambientali 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 Modellistica e Gestione dei Sistemi Ambientali Effetti dellO 3 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 Modellistica e Gestione dei Sistemi Ambientali Effetti dellO 3 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 Modellistica e Gestione dei Sistemi Ambientali 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 Modellistica e Gestione dei Sistemi Ambientali 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 Modellistica e Gestione dei Sistemi Ambientali 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 H 2 O, CO 2, CH 4 chiamati gas-serra) che riemettono poi lenergia termica verso il suolo, intrappolando così il calore a contatto con la superficie.

42 Modellistica e Gestione dei Sistemi Ambientali 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 Modellistica e Gestione dei Sistemi Ambientali Il tenore di CO 2 (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 Modellistica e Gestione dei Sistemi Ambientali

45

46 Tratto da: National Center for Atmospheric Research and University Corporation for Atmospheric Research.

47 Modellistica e Gestione dei Sistemi Ambientali

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 Modellistica e Gestione dei Sistemi Ambientali Accordi internazionali 1992 Conferenza di Rio: impegno a non superare nel 2000 le emissioni industriali del Conferenza di Kyoto: impegno alla riduzione del 5,2% delle emissioni dei gas serra dei Paesi industrializzati entro il 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 Modellistica e Gestione dei Sistemi Ambientali 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


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