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Ammoniaca in atmosfera

Concentrazioni elevate nella campagna fra Bologna e Ferrara, l´analisi del fenomeno che si è verificato il 2 aprile scorso

(08/05/20) 

Giovedì 2 aprile 2020, intorno alle ore 19.00, è stato rilevato un episodio di picco di ammoniaca presso la stazione Arpae di San Pietro Capofiume (BO), un’area in aperta campagna compresa fra Bologna e Ferrara. I livelli di questo inquinante, gassoso, hanno raggiunto improvvisamente valori di concentrazioni di circa 90 μg/m3, mentre normalmente la media per quel periodo è attorno ai 10 μg/m3. L´ammoniaca a temperatura ambiente è un gas incolore dall´odore molto forte, pungente e ad alta concentrazione è irritante per le vie respiratorie, per gli occhi e al contatto può causare ulcerazioni. 

Le sorgenti dell’ammoniaca 

Le più importanti sorgenti di ammoniaca sono alcune attività del comparto agricolo, gli allevamenti animali e lo spargimento dei fertilizzanti (da queste fonti deriva oltre il 98% del totale emesso secondo l´Inventario regionale delle emissioniin atmosfera dell´Emilia-Romagna - 2015) e, in misura molto minore, lo sono anche i trasporti stradali, lo smaltimento dei rifiuti, la combustione della legna e dei combustibili fossili. 

Questo inquinante reagendo può portare anche alla formazione in atmosfera di polveri solide con particelle di diametro minore di 10 micrometri oppure 2.5 micrometri (cioè PM10 o PM2.5). 

L’ammoniaca in Emilia-Romagna 

L’importanza dell’ammoniaca nella formazione di nuove particelle è rilevante in Emilia-Romagna: è stato infatti stimato negli studi del Progetto Supersito che almeno un 10% del PM2.5 rilevato in atmosfera è probabilmente riconducibile a reazioni che coinvolgono questo gas, e quindi indirettamente ad alcune attività agricole e zootecniche. 

Sebbene il campionamento dell’ammoniaca non sia richiesto dalla normativa attuale, Arpae effettua misure orarie di questo composto nella stazione di monitoraggio situata a San Pietro Capofiume (BO) e a Parma, proprio per l’importanza di questa molecola nella formazione del particolato secondario. 

La disponibilità di informazioni su questo gas permette di comprendere meglio anche alcuni episodi di superamento del limite quotidiano stabilito dalla normativa sul PM10 (50 μg/m3). 

Il comportamento dell’ammoniaca 

L’ammoniaca, gassosa, assieme ad altri composti, com’è noto può portare in determinate condizioni fisico-chimiche dell’atmosfera alla formazione di nuovo particolato solido (Fig.1).


Figura 1


I processi di combustione dei combustibili fossili (come quelli generati dal traffico stradale, dal riscaldamento domestico o dai processi industriali) producono, tra le altre cose, particolari famiglie di composti, quali gli ossidi di azoto (NOx) e gli ossidi di zolfo (SOx) (entrambi gassosi). Questi prodotti rimangono in aria per un certo tempo a seconda delle condizioni ambientali e meteorologiche che possono favorire o meno la loro dispersione. 

L’ammoniaca (gassosa), proveniente come già detto per lo più da processi agricoli quali appunto l’allevamento e la fertilizzazione dei terreni, può reagire con questi ossidi già presenti in atmosfera (o con specie da essi derivate come, ad esempio, acido solforico o acido nitrico) generando nuovi composti, in particolare nitrato d’ammonio e solfato d’ammonio che sono in fase solida

Tale processo può avvenire sulle polveri già esistenti, di conseguenza le particelle possono crescere di dimensioni, come capita tipicamente durante i lunghi periodi invernali di stabilità atmosferica; oppure nel caso vi fossero le condizioni adatte, può generare nuovo particolato di pochi nanometri. 

In sintesi quindi, come schematizzato dalla Figura 1, si può affermare che alcuni inquinanti gassosi provenienti dagli allevamenti zootecnici, dagli spandimenti su terreno e dalle combustioni (soprattutto traffico e riscaldamento) possano essere considerati dei precursori che  generano una parte del particolato che troviamo in atmosfera, in quanto la loro compresenza può portare alla formazione di nuove polveri (PM1, PM2.5, PM10). 

Il particolato così generato viene definito “secondario”, in quanto si è formato in atmosfera a seguito di questi processi chimico-fisici, in maniera differente rispetto quello emesso direttamente che viene definito “primario”. 




Analisi dell’evento osservato il 2 aprile 2020 

Figura 2


Come si evince dal grafico (Figura 2) nel giorno del 2 aprile 2020 è presente un picco (linea rossa), limitato nel tempo (circa 3 ore), a cui segue un calo e nel giro di poche ore un ritorno a valori in linea con la media di fondo. Questo andamento è tipico di una breve immissione, singola e puntuale. Nel sito di Parma (linea verde) non si evidenzia infatti alcuna crescita. Una possibile ipotesicirca l’origine di questo picco è lo spargimento di sostanze azotate che hanno portato alla liberazione di ammoniaca in atmosfera molto rapidamente. 


Analisi dell’evento osservato il 23 agosto 2017 

Un episodio di alta concentrazione di questo inquinante era stato riscontrato anche il 23 agosto 2017 (Figura 3) sempre nella stazione di San Pietro Capofiume: si era osservata una importante crescita della concentrazione di ammoniaca, che era arrivata a sfiorare addirittura i 400 μg/m3, quando mediamente i valori, nei giorni precedenti, si aggiravano attorno ai 5-10 μg/m3. (linea rossa). 

Il fenomeno, come nel caso dell’evento dell’aprile 2020, sembra sempre sia dovuto allo spargimento di sostanze azotate. In questo caso però, nei giorni successivi al picco, i valori medi dell’ammoniaca sono rimasti 5-10 volte superiori a quelli dei giorni precedenti, suggerendo un perpetrarsi nel tempo dell’immissione di questo composto in aria. 


Figura 3


È  stato infatti possibile osservare un incremento della concentrazione dello ione ammonio all’interno delle polveri che costituiscono il PM2.5, indicando l’avvenuta trasformazione di una parte del gas in fase solida, rilevabile sul particolato. 

Infine, si noti, in coincidenza del picco dell’ammoniaca, un picco delle particelle con diametro > 1.1 µm (linea tratteggiata nera), a probabile conferma del passaggio di un mezzo nel campo agricolo (Figura 3). 

Discussione

L’analisi dei due episodi sopra riportati dimostra come siano ben osservabili fenomeni di complessità rilevante, quali le contaminazioni dell’atmosfera ad opera di attività di diversa natura. In particolare, la presenza del picco nel numero di delle particelle assieme a concentrazioni di ammoniaca così alte potrebbero significare che l’evento dell’agosto 2017 sia avvenuto in un campo molto prossimo alla stazione di misura, a differenza di quello avvenuto ad aprile 2020. Anche il diverso contenuto di sostanze a base di azoto ridotto, così come le modalità di spargimento sui terreni, potrebbero aver inciso su tali differenze.

 

 [1]( Seinfeld, J. H. and Pandis, S. N., 2006. Atmospheric Chemistry and Physics: From Air Pollution To Climate Change, 2nd ed., John Wiley & Sons, New York)

[2]( Kulmala, M., Kerminen, V-M., 2008. On the formation and growth of atmospheric nanoparticles. Atmospheric Research 90, 132– 150.








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