deposizioni - Laboratorio di Idrochimica

Rete Nazionale Integrata
CON
ECO
FOR
Ministero delle Politiche
Agricole e Forestali
Corpo Forestale dello Stato
Altruisti per natura
Controllo Ecosistemi Forestali
DEPOSIZIONI ATMOSFERICHE E OZONO
Area VAL SESSERA (PIE1)
SIGNIFICATO E OBIETTIVI DELLE RICERCHE
L'ozono è presente naturalmente negli alti strati dell'atmosfera e ha la funzione di proteggerci dalla radiazione
solare ultravioletta. Nello strato più vicino al suolo, la troposfera, una fascia alta 10-15 km, l'ozono è
prevalentemente originato dalle attività umane e può causare effetti dannosi sulla salute umana, la vegetazione e
sui materiali. L'ozono si sviluppa a partire da altre sostanze inquinanti, gli ossidi di azoto e gli idrocarburi, prodotti
prevalentemente dal traffico e dall'industria; per questo è definito un inquinante secondario. La reazione chimica
che determina la formazione dell'ozono richiede un apporto di energia come la radiazione del sole. Per questo
motivo le concentrazioni di ozono sono tipicamente più elevate nei mesi caldi e nelle ore centrali della giornata. A
causa delle elevate emissioni di precursori si ritiene che le attuali concentrazioni di ozono nella troposfera siano 3-4
volte quelle del periodo pre-industriale. L'Italia, per la forte densità di attività umane e l'elevata intensità della
radiazione solare, è particolarmente soggetta a questo fenomeno. Molte specie vegetali: alberi, arbusti, ma anche
le colture agricole, possono presentare sensibilità a questo inquinante che, una volta penetrato nei tessuti può
indurre riduzioni nell'accrescimento e sintomi particolari sugli apparati fogliari, talvolta riconoscibili già ad un esame
visivo. Poiché le misure di ozono in aree remote sono scarse, l'attività di monitoraggio condotta nell'ambito del
Programma CONECOFOR, volta a meglio comprendere le interazioni tra ecosistemi forestali e attività umane,
assume un particolare significato e rappresenta una delle principali fonti di informazione circa l'inquinamento da
ozono nelle aree forestali italiane.
RISULTATI
DEPOSIZIONI ATMOSFERICHE
La composizione chimica delle µeq l-1
deposizioni bulk a cielo aperto 100
(periodo 2001-2005) mostra per la
stazione Val Sessera (PIE1) un 90
contenuto ionico medio, inferiore a
200 µeq l-1. Tra gli ioni positivi 80
prevalgono il calcio, derivato dalla 70
sospensione delle polveri in
atmosfera, e lo ione ammonio 60
composto acidificante di origine
antropica. Da notare la presenza di 50
una discreta quantità di acidità 40
minerale (ioni H + ), basso il
contenuto di sodio e dello ione 30
negativo cloruro, in relazione alla
elevata distanza dell'area dal mare. 20
Tra gli ioni negativi circa l'80% è
10
rappresentato da nitrati e solfati.
Te n u t o c o n t o d e l l e e l e va t e
0
concentrazioni dello ione ammonio
si può concludere che i composti
derivanti dalle attività antropiche
costituiscono il 60% del contenuto
ionico totale.
N org.
N-NH4
N-NO3
S antropico
S marino
kg ha-1 a-1
25
TIPOLOGIE DI CAMPIONAMENTO
PIE3
BOL1
LOM1
LOM3
FRI2
TRE1
20
LOM2
PIE1
PIE2
DEPOSIZIONI ATMOSFERICHE
15
EMI1
I prelievi per la determinazione della chimica delle deposizioni atmosferiche sono effettuati in 18 delle 31
stazioni di II° livello della rete CONECOFOR. Per una corretta quantificazione del flusso di inquinanti
dall’atmosfera sono considerate diverse tipologie di campioni prelevati con cadenza settimanale:
1. deposizioni atmosferiche umide (pioggia o neve comprensivi delle polveri) a cielo aperto (bulk a cielo
aperto) sono raccolte con tre campionatori costantemente esposti, disposti in una radura al di fuori dall’area
permanente, costituiti da una bottiglia graduata in polietilene di 2 litri, con un imbuto. Nel caso di precipitazioni
nevose il prelievo dei campioni viene eseguito con appositi contenitori cilindrici in polietilene (diametro 20 cm,
altezza 80 cm) in grado di contenere 800 mm di precipitazione.
2. deposizioni (pioggia o neve) raccolte sotto la chioma della vegetazione (bulk sottochioma) prelevate con
16 o 8 raccoglitori, disposti sul terreno all’interno dell’area in modo regolare in modo da ottenere un campione
significativo della variabilità dell’area. I campionatori sono gli stessi descritti per il prelievo a cielo aperto.
3. acque di scorrimento lungo il tronco raccolte, in 6 stazioni, sugli alberi più significativi dell’area tramite il
posizionamento di un collare in neoprene che attraverso un tubo di congiunzione porta le acque ad un bidone di
raccolta in polietilene del volume di 100 litri.
4. limitatamente a 7 aree, sono raccolte le deposizioni atmosferiche umide a cielo aperto, facendo uso di
campionatori automatici (wet-only). Il campionatore è costituito da due recipienti in polietilene, in grado di
contenere ciascuno 280 mm di precipitazione, di cui uno per il campionamento della pioggia (wet) e l’altro per il
campionamento delle polveri. Il coperchio dello strumento si posiziona sul recipiente wet in caso di assenza di
precipitazione oppure si posizione sul recipiente per la raccolta delle polveri quando vi sono precipitazioni umide
in corso. Lo spostamento è controllato da un sensore che segnala l’inizio e la fine dell’evento piovoso.
ACQUE DI RUSCELLAMENTO
Campionate in 8 delle 18 stazioni individuate per la raccolta delle deposizioni atmosferiche. I torrenti, posti
nelle immediate vicinanze dell’area di studio, drenano un bacino con caratteristiche sufficientemente uniformi e
simili a quelle dell’area campione.
OZONO
Le misure di ozono vengono condotte mediante l'impiego di campionatori passivi, semplici strumenti per la
misura di inquinanti dell'aria. Essi si basano sul principio della diffusione molecolare. Un reagente specifico per
questo inquinante è posto sulla parte terminale di una fiala in plastica. Una volta aperta la fiala l'aria ambiente
penetra all'interno. L'ozono reagisce con il composto chimico nella fiala e si crea una differenza di
concentrazione che richiama nuove molecole di ozono dall'esterno. Al termine del periodo di misura i
campionatori vengono inviati al laboratorio dove è possibile determinare quantitativamente l'ozono che ha
reagito e quindi la sua concentrazione nell'aria ambiente.
I campionatori passivi non richiedono allacciamento elettrico e sono facili da utilizzare. Attualmente la rete di
misura dell'ozono copre tutte le aree di indagine di II° livello istituite (31 al 2005). I campionatori vengono
esposti settimanalmente nel periodo vegetativo, da aprile a settembre.
EMI2
LIG1
10
TOS1
5
Composizione chimica delle deposizioni Bulk a cielo aperto
K+
Na+
Mg++
Cl-
Ca++
NO3-
NH4+
SO4=
H+
HCO3-
Ioni positivi
Ioni negativi
La stima delle quantità di deposizione di ioni correlati alle
emissioni antropiche (solfati, nitrati e ammonio), ha prodotto
un ampio intervallo di variazioni. La figura a lato, mostra
come tra le stazioni del Nord Italia, quelle collocate sulle Alpi,
presentino deposizioni di zolfo inferiori rispetto a quelle di
bassa quota e come scendendo verso Sud la deposizione
assuma valori via via più rilevanti, fino a raggiungere i
massimi nella stazione CAL1. Tale differenza è in parte
spiegata dai solfati di origine marina, poco rilevanti per le
stazioni del Nord, in relazione alla loro distanza dal mare.
I carichi atmosferici di azoto sono decisamente più elevati di
quelli di zolfo, in particolare nelle stazioni settentrionali e
appenniniche in relazione alle forti emissioni di azoto nella
Pianura Padana, dovute all’industria, al traffico e
all’agricoltura. Questo determina una maggiore
fertilizzazione sui suoli, con conseguenti scompensi
sull’ecosistema forestale.
LAZ1
ABR1
0
CAM1
CAL1
OZONO
L'area di indagine permanente PIE1, fa parte del nucleo di
20 aree presso le quali, nel 1996, sono state avviate le
attività di ricerca previste dal programma CONECOFOR.
Le misure di ozono vengono condotte in località Selletto
Piccolo, ad una quota leggermente superiore a quella
dell'area di indagine.
SIC1
100
90
Le misure di ozono effettuate nella stagione
vegetativa (aprile-settembre) su un arco di
10 anni, pur se incomplete nella prima fase di
monitoraggio, fornisco un interessante
quadro dell'andamento dell'ozono al suolo.
Si osserva infatti un trend positivo delle
concentrazioni con un chiaro incremento
soprattutto nel periodo 2003-2005. L'analisi
statistica di questi dati condotta con due test
(Mann-Kendall e Sen) conferma che il trend
rilevato è significativo.
80
Andamento delle concentrazioni medie
settimanali di ozono (ppb = parti per miliardo)
70
ppb
Nel corso degli anni '80 gli apporti di inquinanti attraverso le deposizioni atmosferiche sono stati indicati,
unitamente all'inquinamento atmosferico, come possibili agenti destabilizzanti degli ecosistemi forestali. In
particolare sono stati studiati gli effetti dell'acidità delle deposizioni atmosferiche sulla funzionalità delle superfici
fogliari, lo scambio ionico tra le deposizioni e le superfici fogliari, l'alterazione dei rapporti ionici nel suolo e l'apporto
di nutrienti, in particolare azotati, al suolo.
Le deposizioni atmosferiche convogliano al suolo, in forma di soluti o di particellato:
· polveri in sospensione nell'atmosfera: calcio (Ca++), magnesio (Mg++), potassio (K+), bicarbonato (HCO3-);
· composti di origine marina: sodio (Na+), cloruro (Cl-), magnesio (Mg++), solfato (SO4=);
· composti derivanti dalle attività antropiche: solfato (SO4=), nitrato (NO3-), ammonio (NH4+), acidità (H+),
metalli, composti organici persistenti.
Quando raggiungono un ecosistema forestale, le deposizioni atmosferiche vengono alterate dal contatto con le
chiome e i tronchi degli alberi. Nell'ambito del progetto CONECOFOR vengono quindi misurate le concentrazioni dei
diversi ioni nelle deposizioni raccolte a cielo aperto, sotto chioma e lungo il tronco degli alberi. Gli studi si
propongono anche di quantificare i flussi di queste sostanze agli ecosistemi forestali e di valutarne gli effetti sulla
vegetazione e su altre componenti degli ecosistemi. Come le altre attività del progetto CONECOFOR, questi studi
sono finalizzati ad interagire con i risultati derivanti dalle altre ricerche, al fine di trarre un quadro di sintesi sullo
stato attuale e sulle possibili evoluzioni degli ecosistemi forestali.
60
50
40
30
20
10
0
1996
1997
1998
1999 2000
Concentrazioni (ppb) mediana, massima e minima settimanale
2004
2005
Mediana Massimo Minimo Mediana Massimo Minimo
60,5
Bulk a cielo aperto
Cilindri per neve
Bulk sottochioma
Lungo il tronco
Wet-only
deposizione umida
Campionatori
Ruscello passivi per ozono
2001
2002 2003 2004
2005 2006
L'area di indagine PIE1 si colloca, fra quelle poste nella regione alpina, in posizione intermedia per
quanto riguarda le concentrazioni di ozono (mediana del periodo 2001-2005 pari a 59.1 ppb e media dei
valori massimi stagionali di 73.0 ppb).
Per valutare i potenziali rischi per la vegetazione dati dalla presenza di ozono si utilizza un indice
denominato AOT40 (O3 Accumulated over a Threshold of 40 ppb). Il calcolo di tale indice, condotto sui
dati degli anni più recenti, evidenzia per l'area di indagine PIE1 valori doppi rispetto alle indicazioni
fornite dalla normativa vigente (D.L.183 del 21/5/2004) ai fini della protezione della vegetazione.
78,1
45,7
62,7
86,5
46,0
I risultati raccolti hanno consentito di evidenziare
diversi elementi di interesse:
1. le concentrazioni rilevate e gli indici di
esposizione elaborati mostrano che le soglie
definite a livello europeo per la protezione della
vegetazione (livelli critici) vengono
frequentemente superati (fino a 4-5 volte), in
quasi tutte le aree di indagine,
2. i livelli di concentrazione sono più elevati, in
genere, presso le aree poste a quote maggiori e
nelle regioni meridionali,
3. anche siti posti a notevole distanza dalle fonti di
emissione di inquinanti mostrano concentrazioni
elevate a causa dei fenomeni di trasporto
dell’ozono,
4. l’andamento meteorologico è uno dei principali
fattori che regolano i livelli di concentrazione nel
corso della stagione vegetativa.
Per informazioni rivolgersi a :
Settore Gestione Proprietà Forestali Regionali e Vivaistiche, via Pirandello 8, 13100 Vercelli - TEL. 0161 / 261711 - FAX 0161 / 261755
e - mail: [email protected] - Pagina Web: Http://www.regione.piemonte.it/governo/org/14.htm
CNR-ISE Istituto per lo Studio degli Ecosistemi, Largo Tonolli 50, 28922 Verbania Pallanza (VB). TEL. 0323 / 518300 - FAX 0323 / 556513
e-mail: [email protected] - Pagina web: http://www.iii.to.cnr.it
Istituto di Ricerche Ambiete Italia, Via Carlo Poerio 39, 20129 Milano. TEL. 02 / 2774225 FAX 02 / 2774222
e-mail: [email protected] - Pagina web http//www.ambienteitalia.it
30-40
40-50 50-60 60-70
70-80
Mediane mensili (2001-05) in ppb
50-60
60-70
70-80
80-90
> 90
Massimi stagionali (media 2001-05) in ppb