Analisi chimica precipitazioni

ANALISI CHIMICA DELLE PRECIPITAZIONI

Informazioni generali e cenni storici

Le acque di precipitazione quando raggiungono il terreno non sono mai pure, neanche nelle zone meno inquinate della terra in quanto, durante la formazione delle nubi e la successiva precipitazione, nelle gocce d'acqua si sciolgono le sostanze presenti nell'atmosfera sotto forma gassosa e sotto forma di particelle.

Tra i diversi gas che seguono questo destino vanno annoverati sia gli inquinanti primari che quelli secondari.

I principali inquinanti primari sono quelli emessi nel corso dei processi di combustione di qualunque natura, cioè il monossido di carbonio, il biossido di carbonio, gli ossidi di azoto (principalmente sottoforma di monossido di azoto), le polveri e gli idrocarburi incombusti. Nel caso in cui i combustibili contengano anche zolfo, si ha inoltre emissione di anidride solforosa.

Dopo la loro emissione in atmosfera, gli inquinanti primari sono soggetti a processi di diffusione, trasporto e deposizione. Subiscono inoltre dei processi di trasformazione chimico-fisica che possono portare alla formazione degli inquinanti secondari, nuove specie chimiche che spesso risultano più tossiche e di più vasto raggio d'azione dei composti originari.

Alcuni di questi inquinanti, quali l'anidride carbonica, l'anidride solforosa e gli ossidi di azoto, vengono detti “acidi” in quanto una volta disciolti nelle acque meteoriche ne provocano l'acidificazione, ovvero ne abbassano il valore di pH.

I gas responsabili delle precipitazioni acide sono presenti nell’atmosfera anche per cause naturali quali eruzioni vulcaniche, temporali, processi di decomposizione organica, respirazione di piante e animali.

Per questo motivo l’acqua piovana in condizioni normali non è neutra (pH 7), ma risulta debolmente acida (pH 5.6).

 

          
                     

Il pH è una grandezza che esprime la concentrazione di ioni idrogeno di una soluzione. Il termine, che deriva dal francese pouvoir hydrogène, "potere d'idrogeno", viene definito come il logaritmo della concentrazione di ioni (protoni) H+ cambiato di segno: cioè pH = -log [H+], dove [H+] è la concentrazione di ioni H+ espressa in moli per litro.

Siccome gli ioni H+ si legano alle molecole d'acqua per formare ioni idronio (H3O+), il pH è correttamente espresso in funzione della concentrazione di ioni idronio. L'incremento dell'acidità delle precipitazioni ha avuto praticamente inizio con la rivoluzione industriale.

La continua espansione degli insediamenti urbani ed industriali ha comportato una crescente richiesta di fonti energetiche.

L'impiego di combustibili fossili e naturali riversa nell'ambiente notevoli quantità di sostanze gassose sotto forma di prodotti di combustione (ossidi di zolfo e di azoto, anidride carbonica), con conseguenze dannose per tutta la biosfera.

                                     

Gli effetti delle deposizioni acide sono stati rilevati per la prima volta nel corso degli anni 70, nelle foreste della Germania: fu individuato un processo di degrado generalizzato degli ecosistemi forestali riconoscibili microscopicamente per l’avvizzimento apicale delle conifere.

Il fenomeno si è poi esteso ad interessare, seppure con diversa intensità, la cintura industrializzata dell’emisfero settentrionale, sottovento ad aree con alte concentrazioni di centrali elettriche, fonderie, grandi città. Inoltre il degrado si dimostra più intenso nelle aree caratterizzate da buone precipitazioni, sia piogge che neve, e da un’intensa rete idrogeologica costituita da corsi d’acqua e laghi.

Negli anni ‘80 è stata individuata la connessione tra il fenomeno delle deposizioni acide, le emissioni di fumi di combustione di materiali fossili ed il tempo di permanenza degli stessi in atmosfera. Rispetto agli anni ‘70 una minore importanza sta assumendo il contributo degli ossidi di zolfo grazie all’intervento legislativo che ha obbligato la produzione di combustibili a basso tenore di zolfo.

Altro elemento importante è stata la metanizzazione degli impianti di combustione. In Europa dalla metà degli anni ‘80 le deposizioni di sostanze acidificanti si sono significativamente ridotte grazie alla riduzione del 50% delle emissioni di zolfo e del 15% di azoto. Altri possibili danni provocabili dalle piogge acide riguardano la degradazione dei sistemi idrici potabili, l’acidificazione dei laghi con impatto sulla fauna e flora lacustre, la demineralizzazione dei suoli con impatto sulla produttività agricola ed il deterioramento dei manufatti umani.

L’attività di raccolta ed analisi chimica delle precipitazioni da parte del Servizio Meteorologico dell’Aeronautica Militare ebbe inizio nel 1975 con il campionamento mensile e nel 1989 con il campionamento settimanale sull’intera rete nazionale composta da 7 stazioni.

La stazione di Vigna di Valle, dal 1989 al 2007 ha anche effettuato il campionamento giornaliero. Presso il Reparto Sperimentazioni di Meteorologia Aeronautica (ReSMA) è presente il laboratorio di analisi di suddetti campionamenti.  

 

Metodo di misura, strumentazione in uso e qualità

 

Esistono vari metodi di campionamento delle piogge acide (Bulk, Wet, Dry, ecc.) anche se il più diffuso prevede l’esclusiva raccolta della parte umida rispetto al pulviscolo.

Le caratteristiche del sito devono consentire il rispetto delle seguenti regole per una corretta installazione:

1 ) il campionatore deve essere posto in una zona aperta, ad almeno 100 metri dalla strada più vicina (o ad una maggiore distanza se soggetta a traffico intenso);

2) la distanza da costruzioni, alberi od ostacoli di varia natura deve essere di almeno due volte la loro altezza;

3) eventuali piccole sorgenti di inquinamento (camino domestico, gruppo elettrogeno, allevamento animali, ecc.) devono essere tenute in considerazione ed il campionatore deve trovarsi ad una distanza adeguata (non meno di 50 metri);

4) il campionatore deve essere posizionato su terreno orizzontale o reso tale con sistemi opportuni.

                                    

L’attività di misura da parte del Servizio Meteorologico dell’Aeronautica Militare ebbe inizio nel 1947.

La strumentazione in dotazione alla stazioni meteorologiche dell’Aeronautica Militare coinvolte anche nel programma di monitoraggio delle piogge acide, sono campionatori “WET & DRY”, costituiti da due recipienti per la raccolta separata della deposizione umida (Wet), destinata poi all’analisi, e del particolato secco (Dry) che di norma non viene analizzato.

Un sensore di pioggia comanda il movimento di un coperchio che viene sollevato dal contenitore fin tanto che sussiste l’evento meteorico. Questo sistema serve per evitare che il campione di pioggia venga contaminato da fattori accidentali esterni.

Il campionamento può essere raccolto ed analizzato su base mensile (oramai sconsigliato per l’alto rischio di contaminazione e deterioramento delle caratteristiche chimico fisiche del campione stesso), settimanale (maggiormente diffuso e raccomandato dagli standard internazionali e dal WMO) e giornaliero.

          

Una gestione corretta del campionatore e del campione sono alla base dell'affidabilità intrinseca dei dati forniti dalle analisi chimiche. Entro 12 ore dall'arrivo dei campioni al laboratorio dovranno essere effettuate le seguenti operazioni:

1) Determinazione del pH e della Conducibilità (sul campione non filtrato);

2) Un'aliquota del campione deve essere filtrata con membrane a porosità 0,4 µm e sul filtrato, entro due giorni dal ricevimento del campione, vengono effettuate analisi per i composti dell'Azoto, i Solfati, i Cloruri, i Fosfati e l'alcalinità conservando i campioni alla temperatura di 4 °C;

3) Contemporaneamente vengono conservate due sub aliquote di campione, di almeno 50 ml rispettivamente, per l’analisi dei metalli alcalini ed alcalino-terrosi (sodio, potassio, calcio e magnesio).