Ecologia applicata

Lezione 2 (7/03)

Aumento demografico esponenziale, ci sono ripercussioni sui nostri ecosistemi per utilizzo risorse per nostro sostentamento e alcune condizioni stanno diventando risorse (suolo) e, a fronte di un consumo di risorse, generiamo rifiuti che devono essere gestiti.

Rifiuti fattore di criticità per ecosistemi.

Chimica di sintesi problema per salute umana ecosistemica e si cercano alternative ecosostenibili.

L’ecologia è la scienza che studia i rapporti che intercorrono tra componente biotica e abiotica degli ecosistemi.

Eco deriva dal greco casa-> ecologia-economia.

Discipline dell’ecologia

Ecologia può essere scomposta in diverse discipline con ognuno uno scopo preciso come:

• Ecotossicologia-> studio presenza contaminanti in ambiente.
• Ecofisiologia.
• Conservazione della natura-> tutela degli ecosistemi e biodiversità.
• Rinaturalizzazione-> piantare piante sopra i rifiuti della discarica, esempio discarica fuori ad Aosta.
• Ecologia del paesaggio.
• Etologia.

Ecologia applicata è come un cappello in cui rientrano tutte queste discipline dell’ecologia.

Ecologia applicata è l’analisi di alcune delle interazioni che le principali attività umane possono determinare sugli ecosistemi naturali.

I concetti dell’ecologia possono fungere da base per pianificare strategie di intervento e recupero degli ecosistemi per far fronte a quelle che sono le problematiche ambientali generate dall’uomo.

Rinaturalizzazione ambiente come discarica si deve basare sui concetti dell’ecologia ma la soluzione deve essere sostenibile dal punto di vista ambientale, quindi sfruttare i concetti dell’ecologia per migliorare un ambiente con un problema antropico.

Esempio della pesca e conservazione della natura

Industria della pesca, anche acque dolci, tra queste pesca alla trota per evitare lo sfruttamento delle risorse ittiche, quindi si introduce pesce.

Ma dal punto di vista ambientale è un male perché diamo un beneficio all’ambiente solo se sono mirate, ma senza criterio viene un danno ecologico.

Trota marmorata un salmonide ma ha un problema legato a una cattiva conservazione della natura perché questa trota è stata introdotta dentro i corsi d’acqua delle trote fario.

Stesso genere ma specie diversa non sovrapponevano la propria nicchia ecologica (una viveva in alta montagna, l’altra in zona pedemontana).

Sovrapposizione di nicchia perché si riproducono nello stesso periodo ottobre/febbraio, quindi si ibridano ed è fecondo ma perde variabilità genetica, quindi l’immissione di pesce per la pesca in maniera inappropriata determina una perdita della variabilità genetica ed è un problema per la conservazione della specie marmorata.

Perdita qualità genetica di una popolazione endemica da conservare, quindi la soluzione è di non introdurre trote fario ma solo le iridee (trote salmonate con carotenoidi per colorare la carne) specie alloctona perché deriva dal Nord America ma si alleva molto bene e si adatta alle acque fredde/tiepide e altro vantaggio è che non si riproduce nei corsi d’acqua e se dovesse farlo è in un periodo diverso dalle altre trote.

Trota iridea si riproduce dopo trota fario e marmorata, ma ci sarebbe il problema della sovrapposizione dei nidi e la trota iridea mangia le uova delle altre trote.

Nel corso del tempo queste trote hanno imparato a riprodursi, quindi popolazione di alloctoni che competono con autoctoni.

Cattiva ecologia applicata, quindi gestire richiesta dei pescatori e si è creato un problema ambientale.

Atmosfera

• Atmosfera è un miscuglio di gas e vapore acqueo.
• Filtro protettivo (assorbimento raggi cosmici, radiazioni solari UV)-> strato ozono.
• Riassorbe gran parte delle radiazioni infrarosse della terra, stabilizzandone la temperatura (effetto serra).
• Fonte di CO2 per fotosintesi e di O2 per respirazione.
• Fonte di N2 per batteri fissatori e piante.
• Partecipa al ciclo idrogeologico.
• Discarica di inquinanti-> la causa delle modificazioni delle componenti chimiche dell’atmosfera.

Strati dell’atmosfera

Atmosfera si può dividere in diverse sfere/strati:

• Esosfera (>190 km).
• Termosfera (80-190).
• Mesosfera (50-80).
• Stratosfera (20-50 km)-> in cui c’è strato ozono.
• Troposfera (0-10 km).

Nella troposfera è dove viviamo noi e quella per noi più interessante, in cui si svolgono la maggior parte dei processi che portano a rendere l’atmosfera una discarica di inquinanti.

Stratosfera è importante perché nella porzione superiore c’è lo strato di ozono per schermare le radiazioni UV che provengono dal sole.

L’ozono in certe zone sta subendo assottigliamento con diverse conseguenze a livello ecosistemico.

Questi due strati regolano la vita sulla terra e sono più influenzate negativamente dalle attività antropiche.

Evoluzione dell’atmosfera

Atmosfera si è modificata 2,8 miliardi di anni fa con i primi organismi fotosintetici che hanno iniziato a formare ossigeno che era un prodotto tossico.

Poi organismi hanno evoluto sistemi di gestione dell’ossigeno diventando un vantaggio ambientale perché ha consentito di creare lo strato di ozono che si origina tra interazione di molecole di ossigeno e radiazioni UV attraverso il ciclo di Chapman.

Quindi lo schermo di ozono ha consentito la conquista delle terre emerse.

Evoluzione chimica terrestre ha consentito di stabilizzare la temperatura media -> la temperatura del nostro pianeta si è abbassata quindi circa 15°C mentre la prebiotica era di circa 250°.

Composizione dell’atmosfera terrestre

Composizione % volume dell’atmosfera terrestre è:

• 78,08% azoto.
• 20,95% ossigeno.
• 0,934% argon.
• 0,035% biossido di carbonio.
• <0,002% neon.
• 5,24 x 10⁴% elio.
• Kripton.
• Xenon.

Attività antropiche determinano variazioni della composizione della nostra atmosfera e alterano l’equilibrio della chimica atmosferica e degli ecosistemi.

Sorgenti dei gas sono:

• Biologiche-> organismi e piante (COV composti organici volatili emessi dalle piante).
• Geochimiche-> vulcani.
• Biologica+geochimica-> incendi boschivi.
• Atmosferiche-> raggi solari.
• Antropiche-> macchine.

Contaminazione e inquinamento ambientale

Contaminazione ambientale-> è la conseguenza di un’azione umana capace di modificare le proprietà delle condizioni o la disponibilità e la qualità delle risorse in un determinato intervallo di spazio e di tempo.

Inquinamento ambientale-> quando si ha un danno misurabile a carico di un sistema biologico, sia esso un processo biochimico, cellulare o tissutale, a carico di una popolazione o di una comunità biologica, allora la contaminazione ambientale diviene inquinamento.

Inquinamento atmosferico-> mix di contaminazioni ed effetti-> ogni modificazione della normale composizione o stato fisico dell’aria atmosferica, dovuta alla presenza nella stessa di una o più sostanze in quantità e con caratteristiche tali da alterare le normali condizioni ambientali e di salubrità dell’aria, da costituire pericolo ovvero pregiudizio diretto o indiretto per la salute dell’uomo, da compromettere le attività ricreative e gli altri usi legittimi dell’ambiente, da alterare le risorse biologiche e gli ecosistemi ed i beni materiali pubblici e privati.

Articolo 2 comma 1.

In breve è

• Problema globale.
• Causa la morte di 7 milioni di persone/anno.
• Principale fattore di rischio per la salute umana.
• Aumento patologie respiratorie e cardiovascolari.
• Molti inquinanti atmosferici sono cancerogeni.
• IARC (17/10/13) ha classificato l’inquinamento atmosferico e, separatamente, il particolato atmosferico, come sicuri cancerogeni per l’uomo (80% dei tumori è di origine ambientale).
• Inquinamento atmosferico può essere limitato con provvedimenti opportuni-> non è una transizione facile ma anche i piccoli passi hanno portato a grossi benefici rispetto agli anni ‘70.
• Consapevolezza delle conseguenze per la salute dal 1952 (manifestazione smog di Londra), esposizione ad alti livelli di particolato atmosferico causato la morte di diverse migliaia di persone.

Storia dell’inquinamento atmosferico

• Nel 400 a.C. Ippocrate aveva capito che era importante vivere in ambienti salubri.
• Nell’antica Grecia gli abitanti di Atene vs inquinamento “produttivo” per tutte le fabbriche che costruivano ceramiche.
• I secolo d.C. Seneca: meglio la campagna che Roma.
• 535 d.C. Imperatore Giustiniano con Corpus Iuris civilis: acqua e aria pulita diritto di tutti i cittadini.
• 1780-1950 Rivoluzione industriale.
• 1956 UK Clean Air Act prima regolamentazione a livello mondiale per gestire emissioni industriali e domestiche, uso combustibili meno inquinanti, attività industriali lontano da centro abitati.

Hanno alzato le ciminiere così le correnti atmosferiche allontanavano i fumi portandoli più lontani, quindi risolto problema locale ma creato un problema globale.

Classificazione degli inquinanti atmosferici

Gli inquinanti atmosferici possono essere suddivisi in:

• Primari-> inquinanti entrano in atmosfera come escono dal camino/tubo di scappamento.
• Secondari-> inquinanti si originano in seguito a reazioni fotochimiche che avvengono una volta immessi nell’atmosfera.

Che a loro volta sono stati suddivisi in:

• Convenzionali-> inquinanti devono essere monitorati perché sono quelli più presenti e i più pericolosi.
• Non convenzionali-> inquinanti non destano preoccupazione elevata per salute pubblica ed ecosistemica quindi non sono monitorati ma potrebbero essere potenzialmente pericolosi.

Inquinanti atmosferici possono essere categorizzati in due diverse classi in funzione della concentrazione con cui vengono immessi in atmosfera:

• Macroinquinanti-> sostanze le cui concentrazioni nell’atmosfera sono dell’ordine dei mg/m³ o ug/m³ come CO, CO2, NO, NO2, SO2, O3 e particolato.
• Microinquinanti-> sostanze le cui concentrazioni in atmosfera sono dell’ordine dei ng/m³ come gli idrocarburi policiclici aromatici e le diossine.

Lezione 3 (8/03)

Contaminanti convenzionali-> per cui è necessario effettuare dei piani di monitoraggio costanti e sul lungo periodo perché sono i più presenti in atmosfera e i più pericolosi per gli organismi e gli ecosistemi stessi.

Contaminanti non convenzionali-> non vincolati da piani di monitoraggio ma non meno pericolose.

Contaminanti convenzionali che devono essere monitorati in atmosfera divisi in 8 classi sono:

• Particolato atmosferico.
• Anidride solforosa e solforica (SO2 e SO3).
• Ossidi di azoto (NOx).
• Monossido di carbonio (CO).
• Composti organici volatili (COV).
• Idrocarburi (alifatici e aromatici).
• Metalli pesanti (Pb, Cd, As e Ni).
• Ozono (O3).

Centraline di monitoraggio

Questi si monitorano con delle centraline di monitoraggio dell’aria dislocate nel territorio e monitorate dall’ARPA (agenzia regionale per la protezione dell’ambiente).

Le centraline di monitoraggio sono dislocate in modo opportunistico perché non possono essere messe ovunque per costi e gestioni.

A Milano ci sono 6/7 centraline di monitoraggio.

In regione presenti alcune centraline permanenti e restituiscono un dato quantitativo nel corso del tempo giornaliere e alcune centraline mobili che vengono spostate nel territorio a necessità.

Ci sono centraline che hanno della strumentazione più completa nel monitorare tanti contaminanti aerodispersi contemporaneamente mentre altre hanno la possibilità di monitorare solo alcuni.

Tutte le centraline monitorano il particolato atmosferico però non è tutto della stessa dimensione ma può essere diviso in tre grosse misure con diametro diverso in um e PM indica particulate matter, monitorano tutte il PM10 ma più sono piccole più è difficile quantificarlo.

Interazioni tra contaminanti

I contaminanti interagiscono tra di loro e contribuiscono sinergicamente alla produzione di diverse tipologie di effetti a livello ecosistemico e salute umana.

Esempio-> ossidi azoto e zolfo reagiscono in atmosfera con il vapore acque dando origine alle piogge acide.

Quindi ossidi azoto e zolfo creano acidificazione e allo stesso tempo possono finire anche in acqua.

Sali di azoto in acqua sono importanti perché possono determinare fenomeno eutrofizzazione.

Chimica atmosferica provoca cambiamento climatico-> contaminanti che agiscono come ossidi del carbonio, azoto, ozono quindi contaminanti aerodispersi possono creare un effetto negativo per il clima.

Per salute umana idrocarburi, metalli pesanti ecc sono elementi chimici o naturali che entrando in contatto con organismi possono avere effetti negativi come il piombo-> composti organici volatili.

Contaminazione indoor perché composti organici volatili presenti nei prodotti per la casa quindi esposti a concentrazioni anche non trascurabili di queste molecole.

I contaminanti derivano da fonti molto diversificate-> i contaminanti possono entrare in atmosfera attraverso emissioni dirette o fuggitive.

Per emissioni dirette si fa riferimento al rilascio di contaminanti come camini e tubi di scarico quindi fuoriuscita attraverso uno scarico.

Mentre le fuggitive sono emissioni di contaminati che provengono dalle guarnizioni, raccordi scarichi, fuoriuscita dalle pompe di benzina, camini con tubature non ben saldate.

Slide grafico.

Ciclo del carbonio

Ciclo del carbonio influenzato dal processo fotosintetico e respirazione che avviene all’interno dei nostri ecosistemi.

È un ciclo gassoso, quantità maggiori presenti in atmosfera.

In condizioni non alterate il ciclo del carbonio dovrebbe essere in equilibrio alle attività di fotosintesi e respirazione.

Problema è che ci sono attività antropiche che aumentano molto il contenuto di CO2 all’interno dei nostri ecosistemi.

Altri fattori che fanno aumentare CO2 negli ecosistemi aerei è la deforestazione.

1/3 della CO2 emessa ed immessa non viene gestita all’interno degli ecosistemi quindi rimane in atmosfera e incide pesantemente sul bilancio energetico della superficie terrestre.

Principali emettitori di CO2 come Cina (23%), 20% Nord America e Unione Europea 14%.

Quindi pochi paesi contribuiscono per quasi il 60% delle emissioni di CO2.

La CO2 deriva principalmente: 50% produzione elettricità e calore, 20% trasporti e 21% industria manifatturiera.

Ciclo dello zolfo

Ciclo dello zolfo.

Serve per capire le attività di lotte politiche alle emissioni-> manifestazione di rilascio di ossido d’azoto nell’ambiente.

Zolfo ha un ciclo misto perché c’è una componente presente sotto forma organica/inorganica ma anche in atmosfera.

Lo zolfo presente in atmosfera deriva dalla combustione dei combustibili fossili, vulcani e acquatici gayzer marini.

Lo zolfo presente sotto forma di acido solfidrico che reagendo con l’ossigeno va a creare l’anidride solforosa.

Anidride solforosa+acqua forma acidi come acido solforico responsabile delle piogge acide.

Zolfo può depositare sia nel suolo che acqua e continuare la ciclizzazione.

Importante perché le sorgenti atmosferiche derivano dalle attività antropiche come combustione di combustibili fossili e di conseguenza con aumentare attività antropiche è aumentato lo zolfo presente in atmosfera.

In atmosfera ossidi dello zolfo sono presenti come:

• SO2 anidride solforosa: è un gas incolore, irritante molto solubile in acqua e dall’odore pungente.
• SO3 anidride solforica: prodotto soprattutto dall’ossidazione dell’anidride solforosa.

Zolfo caso di studio perché è l’attore principale del primo caso di lotta politica alle emissioni:

Esempio-> 1905 azienda mineraria estrattiva canadese aveva acquistato una miniera estrattiva al confine con gli Stati Uniti.

Si estraevano diversi minerali, utilizzati poi per produzione di metalli, dopo meno di 20 anni sorgono criticità nelle persone.

Attività produttive inquinato ecosistema e ambiente.

1925 tamponano le problematiche fornendo indennizzi economici ai cittadini.

E hanno acquistato i terreni inquinati da loro stessi quindi avevano comprato il silenzio e la salute continuando con le attività produttive.

I cittadini dopo qualche anno non si accontentano dell’indennizzo economico ma volevano una soluzione.

Inquinamento transfrontaliero perché la fabbrica canadese confinava con gli USA.

1972 Congresso Nazioni Unite su ambiente e diritti umani.

1979 Convenzione per l’inquinamento transfrontaliero (34 stati membri) per ossidi dello zolfo e particolato atmosferico, mentre ad oggi non sono gli unici prodotti dalle attività antropiche e dispersi oltre confine, quindi ora i paesi sono 51 e dentro questa convenzione si fa riferimento anche a altri contaminati convenzionali come NOx, COV, metalli pesanti, POP e ozono.

Ossidi dell’azoto

Ossidi dell’azoto.

Si fa riferimento con acronimo NOx perché comprendono sia monossido che biossido di carbonio.

Sono due gas presenti in atmosfera prodotti da processi di combustione che possono essere traffico veicolare o impianti di riscaldamento.

Sono importanti perché qualche anno fa era scoppiato un caso nell’industria automobilistica per cui la combustione di diesel è una delle principali fonti di ossidi dell’azoto per cui alcune autovetture avevano dei dispositivi che taroccavano le quantità di ossidi dell’azoto che venivano emesse dal motore.

Lo avevano montato perché se avessero stimato effettivamente gli ossidi d’azoto emessi sarebbero stati oltre i limiti di legge e non avrebbero potuto vendere le autovetture.

Ossidi dell’azoto possono interagire con altri contaminanti e sono i responsabili dello smog fotochimico.

Particolato atmosferico

Particolato atmosferico.

È costituito da particelle in fase solida, liquida o in miscela eterogenea, originate da diversi tipi di sorgenti e che possono presentare proprietà chimiche, fisiche, termodinamiche e morfologiche molto differenti.

Particolato atmosferico:

• PM10-> diametro 10 um.
• PM2,5-> 2,5 um.
• Particolato ultrafine-> um 0,1.

Dimensione e composizione del particolato dipendono dall’origine del particolato quindi a seconda delle at.