Prof. Paolo Andreani AA 2006 - 2007 Corso di laurea triennale in Tecnologie per la conservazione e il restauro dei beni culturali Prof. Paolo Andreani AA 2006 - 2007

Precipitazioni atmosferiche con valore di PH inferiore a 5,6: GAS che si combinano con ACQUA a formare ACIDI: ACIDO SOLFORICO ACIDO CARBONICO S02+H20 H2SO3 H2SO3 ossida a H2SO4 CO2+H2O H + HCO3 ACIDO NITROSO (HNO2) ACIDO NITRICO 3 NO2 + H2O 2 HNO3+NO

FORMAZIONE DELLE PIOGGE ACIDE Composizione chimica dell’atmosfera Concentrazioni di sostanze nell’atmosfera: Ossidi di zolfo (SOX) Ossidi di azoto (NOX) Origine NATURALE Origine ANTROPICA Uso di combustibili fossili Combustione di biomasse Deforestazione “Arrostimento” della pirite Centrali termoelettriche Rifiuti Sorgente geochimica Sorgente biogenica Vulcani Oceani Foreste Fotosintesi Respirazione organismi Foreste

piogge acide piogge acide processo di ricaduta dall’atmosfera di particelle, gas e precipitazioni acide deposizione umida deposizione secca piogge, neve, nebbie, rugiade, ecc polveri ossidi di zolfo (SOx) ossidi d'azoto (NOx) goccioline d’acqua particolati acidi polveri deposizione umida deposizione secca piogge acide suolo umidità particolati acidi suolo

- acidificazione di laghi e corsi d’acqua - danni alla vegetazione (soprattutto ad alte quote) e suoli forestali - decadimento dei materiali da costruzione, delle vernici (edifici, statue, sculture) - peggioramento della visibilità ed attentato alla salute pubblica.

INCREMENTO DELLE PIOGGE ACIDE RIVOLUZIONE INDUSTRIALE AUMENTO di GAS inquinanti: Diffusione mondiale Danneggiamento vegetazione Concentrazione su centri urbani Patrimonio boschivo Diretta Indiretta ATENE: Città europea più inquinata

Rivoluzione industriale crescente consumo dei combustibili fossili

prevalenza ai depositi secchi di SO2 Maggiori emissioni maggiori deposizioni maggiori deposizioni elevate precipitazioni aree montuose I composti a base di zolfo si depositano entro 2-4 giorni dall'emissione Ricaduta relativamente vicina alla fonte di emissione Gli ossidi azoto tendono a restare più a lungo nell'atmosfera deposizioni lontano alle fonti di emissione il Canada che riceve le piogge acide statunitensi in Europa le nazioni più colpite sono quelle scandinave dove l’abbassamento del pH in migliaia di laghi ha provocato la scomparsa di numerose specie animali e vegetali In Germania più dell’8% dell’intero patrimonio boschivo è stato gravemente danneggiato, se non compromesso In Italia l’azione delle piogge acide viene in parte tamponata dalla particolare costituzione geologica del terreno per cui non si raggiungono gli effetti drammatici, il fenomeno interessa quasi esclusivamente la zona della pianura padana.

PRINCIPALI REAZIONI IN ATMOSFERA Acqua pH pari circa a 7,0 CO2 acido carbonico H2O + CO2 > H2CO3 Pioggia pH naturale pari a 5,5 SO3 + H2O > H2SO4 NO2 + H2O > HNO3 Nel 1979 la neve caduta in Virginia occidentale (USA) aveva un pH pari a 1,7. Formazione dell’anidride solforosa 2SO2 + O2 + MeO + hv -> 2SO3 + MeO. ossidi metallici (MeO) che fungono da catalizzatori sono costituiti principalmente da manganese, ferro e vanadio radiazioni luminose SO2 + V2O5 -> SO3 + 2VO2 VO2+O2 -> V2O5

COMPOSTI DELLO ZOLFO COMPOSTI DELL’AZOTO 1) OH+SO2+O2 -> SO3+HO2 2) HO2+HO2 -> H2O2 + O2 3) SO2+H2O2 -> H2SO4 4) SO3+H2O -> H2SO4 -> H2O2+O2 COMPOSTI DELLO ZOLFO COMPOSTI DELL’AZOTO 5) NO2+O3 -> O2+NO3 6) NO3+NO2 -> N2O5 (anidride nitrica) 7) N2O5+H2O -> 2HNO3 Nella reazione (1) una molecola di anidride solforosa reagendo con il radicale ossidrile, dà origine ad una molecola di anidride solforica, la quale idrolizzata produrrà acido solforico (reazione 4). Sempre nella (1) si origina anche il radicale perossidrile che reagendo forma perossido di idrogeno (reazione 2). Il perossido di idrogeno che si origina nel corso della seconda reazione origina l’acido solforico reagendo con il biossido di zolfo (3). Nella reazione (5) il biossido di azoto reagisce con una molecola di ozono per originare triossido di azoto (NO3). Questa reazione porta paradossalmente ad un miglioramento della qualità dell’aria in quanto abbassa la concentrazione di ozono nelle aree urbane, dove il biossido di azoto viene emesso per la maggior parte dagli scarichi degli autoveicoli. Infatti è questo il motivo per cui nelle aree urbane la concentrazione di ozono risulta spesso più elevata nei parchi (dove mancano queste emissioni) piuttosto che nelle zone a maggiore traffico veicolare. Il biossido ed il triossido di azoto originano l’anidride nitrica (reazione 6). Successivamente per idrolisi l’anidride nitrica origina due molecole di acido nitrico (7).

Il principale bersaglio delle piogge acide è la pietra calcarea H2SO4 + CaCO3 -> CaSO4 + H2O + CO2 acido solforico + carbonato di calcio ->solfato di calcio (gesso) sostanze catalizzatrici Polvere Carbone ossidi di vanadio o di ferro smog acido debole (l’acido silicico) cemento armato base forte (la calce) acido solforico solfatazione degradazione La reazione è favorita da varie sostanze catalizzatrici come la polvere, il carbone, gli ossidi di vanadio o di ferro che sono spesso presenti nello smog.

3. Costituzione del legante per i depositi di polvere MECCANISMI DI DEGRADO DELLE PIOGGE ACIDE Aumento del volume del gesso rispetto alla calcite Tensioni meccaniche interne Polverizzazione della pietra 2. Aumento del coefficiente di espansione termico Tensioni meccaniche per differenza espansiva Fratturazione disgregazione caduta 3. Costituzione del legante per i depositi di polvere e sostanze grasse incrostazione

azione di tipo corrosivo azione meccanica germania 1908 1968

Danni all’ecosistema Gli organismi più attaccati sono i vegetali entro 10-20 anni molte foreste nel mondo saranno completamente distrutte questo provocherà localmente l'espansione del fenomeno carsico (cioè la penetrazione dell'acqua nel sottosuolo) la siccità, la progressiva aridità dei suoli l'aumento della possibilità di inondazioni e il cambiamento del clima.

Danni diretti alla vegetazione Le foglie rappresentano le parti della pianta più esposte e vulnerabili all’azione degli inquinanti dell’aria in quanto rappresentano la sede degli scambi gassosi. Attraversando gli stomi i gas penetrano all’interno delle foglie dove vanno a sciogliersi nel velo liquido intercellulare che permea le pareti delle cellule del mesofillo. Da qui si diffondono nella foglia dove si possono accumulare in concentrazioni tossiche Gli effetti di gran lunga più dannosi sono dovuti all’anidride solforosa.

Danni indiretti alla vegetazione Mobilizzazione dello ione alluminio trivalente acidificazione del suolo compromissione dell’azotofissazione Sostituzione del calcio dai suoi siti di legame sui peli radicali Elevata tossicità diretta diminuzione dell’apporto dei nutrienti Indebolimento della pianta esposizione all’attacco di insetti Malattie variazioni climatiche eccessive

Azione delle piogge acide su di una foresta dell'Europa Settentrionale I maggiori problemi si hanno: nelle zone dove il suolo è più sottile nelle aree nelle quali le piante sono maggiormente esposte alle intemperie (come l’alta montagna).

mantenere costante il pH Effetti sui pesci Gli effetti degli inquinanti acidi sugli ecosistemi variano a seconda delle caratteristiche delle aree interessate. le rocce calcaree sono in grado di neutralizzare direttamente l’acidità per la presenza dei carbonati che permettono di mantenere costante il pH Nei suoli poveri o totalmente privi di calcare gli inquinanti acidi causano l’impoverimento del terreno per la perdita di ioni calcio, magnesio, potassio e sodio bioaccumulo di metalli tossici (alluminio, manganese, zinco, mercurio, cadmio)

i corpi idrici sono soggetti ai fenomeni di acidificazione, soprattutto nelle aree dove sono presenti suoli che non sono in grado di tamponare l’azione degli inquinanti acidi. Effetti diretti Effetti indiretti tossicità delle acque scomparsa dei vegetali delle prede sviluppo embrionale riproduzione Diatomee alghe brune sopravvivenza

Effetti dell’acidificazione su diverse specie ittiche