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ARPAT News - newsletter sulle tematiche ambientali
n. 232 - Mercoledì 11 novembre 2015

Impatto delle polveri sahariane: metodi a confronto


Lo studio condotto dai gruppi di ricerca dell'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare - Laboratorio di tecniche nucleari per l'Ambiente e i Beni Culturali e dei Dipartimenti di Fisica e Astronomia e Chimica dell'Università di Firenze

La Commissione Europea ha dato delle linee guida per la valutazione del contributo netto giornaliero di polvere africana al PM10, utilizzando i dati di concentrazione del PM10 in un sito di fondo regionale.

Il metodo comunitario è stato ottimizzato, convalidato e ampiamente applicato in Spagna, ma la sua "esportabilità" ad altre regioni è ancora in discussione. In particolare, un punto chiave di questo approccio, vale a dire la scelta di una vera e propria rete di stazioni rurali di fondo, è particolarmente critica in Italia, dove molte stazioni rurali sono stazioni "vicino-città" e possono quindi essere influenzate da diversi contributi antropici e dove l'orografia del territorio è particolarmente complessa. Nella precedente ARPATNews sul tema delle polveri sahariane in Toscana è stato mostrato come la raccolta dell'aerosol su filtro, seguita dall'analisi della composizione elementale del particolato raccolto con tecniche di analisi opportune, permette di determinare il contributo al suolo della polvere proveniente dal Sahara con il cosiddetto "metodo degli ossidi".

Nelle campagne AIRUSE (Firenze - Bassi) e PATOS2.2 (Montale) i campioni raccolti sono stati analizzati dai gruppi di ricerca dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare – Laboratorio di tecniche nucleari per l’Ambiente e i Beni Culturali e dei Dipartimenti di Fisica e Astronomia e Chimica dell’Università di Firenze ottenendo una speciazione chimica estesa (carbonio organico e elementare, ioni, elementi, oltre alla massa del PM10). È stato quindi possibile applicare il modello a recettore PMF (Positive Matrix Factorization) per identificare le sorgenti dell'aerosol e quantificare il loro contributo.

L'analisi PMF, basata sulla conservazione della massa di componenti delle polveri, è riuscita a separare con successo il contributo delle polveri minerali trasportate dal Sahara da quello delle polveri locali. Mentre le prime sono caratterizzate da una composizione molto simile a quella della crosta terrestre e da un andamento temporale con picchi durante gli episodi di trasporto di masse d’aria dal Sahara, le seconde hanno un andamento temporale totalmente diverso e un profilo arricchito in alcuni elementi rispetto alla composizione del suolo “naturale” e sono quindi da associare ad un suolo di tipo urbano.

È stata quindi confrontata la stima del contributo delle polveri sahariane ottenuta con il "metodo degli ossidi" con quella ottenuta in maniera indipendente con l'applicazione del modello a recettore PMF. Come si vede (Fig. 1a), nel caso di AIRUSE (Firenze Bassi) si ha un'ottima correlazione (r2 = 0.95) e il rapporto è prossimo a 1. È molto importante il fatto che con due metodi indipendenti si ottengano risultati molti simili.

Confronto fra il contributo delle polveri sahariane ottenuto a partire dalle concentrazioni degli elementi con "metodo degli ossidi" con quello ottenuto con applicazione del modello a recettore PMF (a) e seguendo le linee guida europee (b)

È interessante confrontare i risultati ottenuti con il "metodo degli ossidi" con quelli ottenuti seguendo le linee guida suggerite dalla Commissione Europea per la valutazione del contributo netto di polvere africana al PM10 a partire dai soli dati gravimetrici del PM10 in un sito di fondo regionale. La stazione di fondo regionale di riferimento è quella di Casa Stabbi, ubicata nell’Alpe di Catenaia nel Comune di Chitignano (Arezzo). Come si vede (Fig. 1b), sempre per la campagna AIRUSE, non si ha una buona correlazione fra le concentrazioni ottenute con i due metodi, ma soprattutto si ha in media una differenza di un fattore circa 2, con il metodo europeo che dà in generale valori più alti. Questo può essere dovuto alla difficoltà nel selezionare un sito di fondo regionale che sia adatto alla quantificazione degli episodi sahariani (in Italia l’orografia del territorio è infatti più complessa che in Spagna, paese nel quale il metodo è stato messo a punto).

Anche nel caso del progetto PATOS2.2 a Montale l’accordo fra il "metodo degli ossidi" e i risultati della PMF è ottimo, come mostrato in Fig. 2a, con un rapporto medio di 0.87 e un r2 pari a 0.96; un accordo peggiore, sia in termini assoluti (rapporto medio 0.34) che come correlazione (r2 = 0.48), si osserva invece fra il metodo degli ossidi e quello europeo (Fig. 2b). Vi è di nuovo una generale tendenza del metodo europeo a dare valori significativamente più alti. La situazione migliora in parte se come stazione di fondo regionale si utilizza quella di Montecerboli (Pisa), ottenendo un rapporto medio di 0.63 e un r2 = 0.73.

Confronto fra il contributo delle polveri sahariane ottenuto a partire dalle concentrazioni degli elementi con il "metodo degli ossidi" con quello ottenuto con l’applicazione del modello a recettore PMF (a) e con il metodo di riferimento europeo (b)

Nel caso della campagna PASF-2 (Sesto Fiorentino - Villa San Lorenzo, Monte Morello) la correlazione fra le concentrazioni ottenute con il metodo degli ossidi" e seguendo le linee guida europee (Fig. 3) di nuovo non è ottima e si ha una tendenza del metodo europeo a dare valori circa un fattore 2 più alti (in questo caso la centralina di Casa Stabbi non era ancora in funzione per cui come stazione di fondo regionale è stata utilizzata quella di Montecerboli a Pisa).

Campagna PASF-2: confronto fra il contributo delle polveri sahariane ottenuto a partire dalle concentrazioni degli elementi con il "metodo degli ossidi" e seguendo le linee guida europee

In conclusione, le linee guida europee sono uno strumento che permette in maniera semplice di ottenere le concentrazioni dell'aerosol trasportato dal Sahara utilizzando i soli dati di massa del PM10 senza necessità di ulteriori misure. Tuttavia la scelta di una o più stazioni rurali di fondo di riferimento è particolarmente critica in Toscana. Il metodo basato sulla determinazione della composizione elementale tramite la tecnica PIXE è particolarmente utile in quanto in tempi molto brevi possono essere analizzati i filtri provenienti da diverse stazioni; può essere quindi usato per la selezione della eventuale migliore stazione di fondo regionale ai fini dell'applicazione delle linee guida europee.

Testo a cura di Franco Lucarelli


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