ATMOSFERA ASPETTI CHIMICI – COMPOSIZIONE ed inquinanti ASPETTI FISICI – IL CLIMA

STRUTTURA VERTICALE DELL’ATMOSFERA

COMPOSIZIONE DELL'ATMOSFERA COMPOSIZIONE DELL'ATMOSFERA: AZOTO (N 2 ) = 77% OSSIGENO (O 2 ) = 21% Argon, Xenon, Neon, Kripton, Idrogeno ed Elio sono presenti in quantità trascurabili ma costanti nei primi 90 km di altitudine; altri gas sono presenti in concentrazioni variabili in funzione di altitudine, periodo dell'anno, condizioni climatiche, fonti di inquinamento vapor acqueo (H 2 O) ppm (1-7%) anidride carbonica (CO 2 ) ppm ozono (O 3 ), ppb anidride solforosa (SO 2 ), 2-10 ppb monossido di carbonio (CO), 2-20ppb metano (CH 4 ) 1-10 ppb

COME SI È FORMATA LA NOSTRA ATMOSFERA QUALE È LA SUA FUNZIONE COME E PERCHÉ SI STA MODIFICANDO (vedi effetto serra e cambiamenti climatici)

STORIA DELLA TERRA 1) palla di fuoco 2) inizia a raffreddarsi ed a solidificarsi ricca di CO 2 e H 2 O 3) Le eruzioni vulcaniche formano l’atmosfera ricca di CO 2 e H 2 O acqua diventa liquida e forma gli oceani effetto serra altissimo come su venere piante 4) Nascono le alghe verdi e le piante fotosintesi = energia (luce) + CO 2 + H 2 O → zuccheri + O 2

5)Terremoti, eruzioni e frane seppelliscono le piante e i carboidrati si trasformano in idrocarburi. La CO 2 si scioglie negli oceani come H 2 CO 3 che in presenza di Ca, forma CaCO 3 che precipita sul fondo (es. Appennini) 6) L’Atmosfera si impoverisce di CO 2 e si arricchisce di O 2 animali 7) Compaiono gli animali respirazione = zuccheri + O2 → CO 2 + H 2 O + energia (metabolica, termica,…)

Atmosfera Nessuna Temperatura 120 °C (+ 420 giorno °C notte) MERCURIO Senza atmosfera (e quindi senza effetto serra e lo schermo delle nuvole) di giorno fa caldissimo di notte fa freddissimo Un po’ come nel deserto (50° di giorno e 0° di notte)

Atmosfera (P=92 Atm terrestri) 96% CO 2, 3% N 2, 0,003% H 2 O Temperatura 460°C ( °) VENERE TERRA Atmosfera (P=1 Atm) 77% N, 21% O 2, 2% (CO 2 + H 2 O) Temperatura 18°C ( °)

Dove è andato a finire tutto il CARBONIO che stava nell’atmosfera del pianeta ? (Valori in miliardi di tonnellate di C) atmosfera 750 superficie oceano vegetazione 600 suolo Oceano profondo combustibili fossili (petrolio e gas) ( miliardi di t)(4.000 miliardi di t) Il Carbonio che prima stava nell’atmosfera ora è accumulato negli oceani ( miliardi di t) e nei giacimenti di gas e petrolio (4.000 miliardi di t)

ANIDRIDE CARBONICA (CO 2 ) 1. deriva da un bilancio che vede alla voce attiva l’OSSIDAZIONE DEL CARBONIO ORGANICO (con liberazione di energia): COMBUSTIONE E RESPIRAZIONE ed alla voce passiva l'organicazione da parte dei vegetali (FOTOSINTESI); 2. è presente negli strati più bassi dell'atmosfera; 3. la sua concentrazione negli strati più bassi dipende prevalentemente dall'attività degli organismi vegetali ed animali (alle nostre latitudini è maggiore d’inverno e minore d’estate, così come è più alta di notte e più bassa di giorno);

Bruciare le riserve di carbonio del pianeta (metano e petrolio: chiamati combustibili fossili), sta immettendo nell’atmosfera ogni anno 10 miliardi di tonnellate di CO 2 Stiamo ritornando alla composizione originaria dell’atmosfera terrestre con effetto serra altissimo come su Venere, ma fortunatamente i combustibili fossili finiranno prima…

Nel 2008 = 386 ppm (+1-2% all’anno) in zone remote ALLE NOSTRE LATITUDINI (in zone influenzate da uomo e vegetazione) 500 di notte, 200 di giorno / 400 in inverno, 300 in estate (articolo su TELLUS,1995)

VAPOR ACQUEO (H 2 O) 1.La concentrazione di questo gas varia fortemente nel tempo e nello spazio (tra 0.1 e 7% al suolo); 2.I 3/4 di vapor acqueo dell'atmosfera si trovano generalmente a quote superiori a 4 km; 3.Il vapor acqueo si origina dall'evaporazione delle masse di acqua libera (oceani, mari, laghi, ecc) ma anche dai processi di respirazione e di traspirazione degli esseri viventi; 4.Il vapor acqueo genera le precipitazioni ed agisce sullo scambio di calore tra la terra (che si raffredda per evaporazione) e l'atmosfera (che si riscalda per condensazione di vapor acqueo). E’ il principale responsabile dell’effetto serra.

OZONO (O 3 ) STRATOSFERICO ( m s.l.m.) 1. Si genera per dissociazione di molecole di ossigeno (causata dalla radiazione UV) in atomi liberi che, entrando in collisione con altre molecole di O 2 formano l'ozono; O 2 + uv = O + O O + O + 2 O 2 = 2 O 3 2. Queste reazioni sono particolarmente frequenti ad altitudini comprese tra 30 e 60 km di altitudine; 3. Lo strato di ozono riveste particolare importanza dal punto di vista biologico, in quanto la sua molecola assorbe la radiazione UV dannosa per gli organismi viventi; 4. La concentrazione di questo gas è di circa 7 ppm

TROPOSFERICO ( m s.l.m.) 1.Si genera per l’alterazione del ciclo fotolitico (naturale) degli NOx da parte degli idrocarburi reattivi volatili (VOCs): NO 2 + uv + O 2  NO + O - + O 2  NO + O 3  NO 2 + O 2 La presenza di VOCs elimina NO (  PAN) bloccando la 3 a reazione e determinando l’accumulo di ozono. I danni alla vegetazione si hanno per ossidazione delle membrane cellulari, dopo la penetrazione attraverso gli stomi, per cui: DANNO = Concentrazione x Conducibilità stomatica Tutti i fattori che limitano gli scambi gassosi (stress idrico, ecc) riducono anche i danni da ozono

Andamenti giornalieri in 3 località della Campania (valori medi estivi)

La risposta delle piante è specifica (in alcuni casi varietale) perché esistono diversi meccanismi di resistenza (biochimici, morfologici, enzimatici, fisiologici) Da alcune stime la perdita di produzione è del 10-30% Nel 2003 è stata emanata una direttiva europea (recepita in Italia nel 2004) che stabilisce i livelli critici e che impone agli Stati membri la riduzione delle emissioni dei precursori Sensibili Moderatamente sensibili Moderatamente tolleranti Tolleranti Frumento Soia Fagiolo Cotone Trifoglio Patata Tabacco Pomodoro B.bietola E.medica Riso Mais Vite Pascoli Avena Orzo

L’ozono è particolarmente pericoloso per gli ecosistemi forestali: -ad altitudini > m le concentrazioni rimangono alte anche durante la notte -lo stress idrico è minore (e la conducibilità stomatica è maggiore) -gli stomi danneggiati rimangono aperti anche durante la notte -le leguminose sono più danneggiate delle graminacee (meno azotofissazione nelle praterie, minore sostenibilità degli ecosistemi) -la decomposizione della lettiera è rallentata

Le sclerofille (es. Quercus ilex) sembrano più resistenti Per saperne di più: Environmental pollution, 157(2009)

CAMPO PER LO STUDIO DEI DANNI DA OZONO ALLA VEGETAZIONE MEDIANTE LE OTC (Open Top Chamber = Camere a cielo aperto)

NC-SNC-R Danno da ozono = (1- NCS/NCR) x 100