La forestazione: effetti sul cambiamento climatico e la ... · La forestazione: effetti sul...

Foto del Dr. Luigi NobilioFoto del Dr. Luigi Nobilio

La forestazione: La forestazione:

effetti sul cambiamento climatico e la qualità dell’ariaeffetti sul cambiamento climatico e la qualità dell’aria

PROGETTO GAIA - KICK-OFF MEETINGPROGETTO GAIA - KICK-OFF MEETING

Bologna, 20-21 Dicembre 2010Bologna, 20-21 Dicembre 2010

Gli alberi in città:Gli alberi in città:

Benefici per la salute umana

Purificano l’aria

ombreggiano

Umidificano l’aria

Benefici estetici, sociali e sicurezza

Aumentano la

biodiversità

Attenuano l’inquinamento

acustico

Riducono l’erosione del suolo

Assorbono carbonio e inquinanti atmosferici

Funzione termoregolatrice

Analisi fisiologica-biochimica

Ecofisiologia

Analisi strutturale

Fisica dell’atmosfera

Micrometeorologia-Meteorologia

IBIMET: RICERCA SCIENTIFICA

Temperatura del tardo pomeriggio

Rurale Commerciale Residenziale urbano

Residenziale sub-urbano

Residenziale sub-urbano

Città-centro Parco Ruralecoltivato

Temperatura del tardo pomeriggio

Rurale Commerciale Residenziale urbano

Residenziale sub-urbano

Residenziale sub-urbano

Città-centro Parco Ruralecoltivato

L’energia solare incidente viene in gran parte utilizzata dalla vegetazione per la traspirazione e la fotosintesi,

favorendo l’abbassamento della temperatura

dell’aria.

Riduzione della temperaturaRiduzione della temperatura

Sistema verde come mitigazione del clima Calore latente (48%)

Calore sensibile (20%)

diretta

Trasmessa (10%)

Riflessa (20%)

Fotosintesi (2%)

Rn = H + LE + G + M

un albero può traspirare fino a 450 litri di acqua

al giorno

(1000 MJ)

Per ogni g di H20 evaporata

occorrono 633 cal.

FagusBetula pendula Quercus

BASOLISANPIETRINI

ACCIOTTOLATO

Quasi 3° C di differenza

asfalto Basoli in granito

IBIMET… e la Città IBIMET… e la Città MISURE IN AMBIENTE URBANOMISURE IN AMBIENTE URBANO

In un parco di grandi dimensioni la temperatura può essere più bassa rispetto al centro di 1-3°c.

Central Park

L'impressionante vastità del centro

urbano

Soluzioni per la qualità dell’ambiente urbano: Tetti verdi per mitigare l’isola di Tetti verdi per mitigare l’isola di

calorecalore

In Italia nel 2007 la necessità di FRIGORIE ha superato quella delle CALORIE

Caratterizzazione dell’impatto ambientale di specie vegetali di utilizzo in ambito

urbano mediante la stima

Assorbimento

CO2

atmosferico

2010

CO2 19602003

La concentrazione della COLa concentrazione della CO22 atmosferica è aumentata del 30% dall’inizio della atmosferica è aumentata del 30% dall’inizio della

rivoluzione industriale e sta ancora aumentandorivoluzione industriale e sta ancora aumentando

La capacità di assorbire CO2 varia in funzione della

luce, temperatura, superficie totale fogliare della

pianta, tassi di crescita

Le piante sono gli organismi più indicati per LIMITARE l’aumento della CO2

Salix fragilis (salice)

Salix caprea

Larix deciduous (larice)

Chamaeciparis lowsoniana (cipresso)

Populus (pioppi)

Betula pendula (betulla)

Salix alba

Malus domestica Fraxinus

Prunus laurocerasus Alnus glutinosa

Tilia europea Sambucus niger

Alnus incana Acer pseudoplatanis

Alnus cordata Acer platanoides

Quercus rubra Pinus sylvestris

Prunus avium

Ulmus campestris (olmo)

Quercus robur

Acer campestris

Corynus avellana (nocciolo)

Rex acquifolium (agrifoglio)

Quercus petrea

Alto BassoSequestro di CO2

http://www.es.lancs.ac.uk/cnhgroup/iso-emissions.pdf

Caratterizzazione dell’impatto ambientale di specie vegetali di utilizzo in ambito

urbano mediante la stima

Assorbimento

CO2

atmosferico

Rimozione

inquinanti

Inquinanti gassosi Particolato

INQUINAMENTO URBANOINQUINAMENTO URBANO

� DirettamenteDirettamente: : effettiva rimozione del particolato e degli inquinanti gassosi attraverso le foglie per

�IndirettamenteIndirettamente: semplicemente agendo come entità fisica (ostacolo) modificano la

velocità del vento e la turbolenza influendo quindi sulla concentrazione locale degli inquinanti atmosferici

OSSIDI DI AZOTO, OZONO

ANIDRIDE SOLFOROSA

BENZENE, TOLUENE

DIOSSINA, FURANI

Strato di foglie che filtrano più efficacemente

Camion

Le foglie assorbono gas inquinanti e CO2 e producono ossigeno

Aria pulita

Foglie che intercettano le

particelle

Gli alberi influiscono sulla qualità dell’aria in 2 modiGli alberi influiscono sulla qualità dell’aria in 2 modi

ASSORBIMENTO ADSORBIMENTOSTOMI CUTICOLA

ACCUMULO E DISATTIVAZIONE

OSSIDAZIONE METABOLICA

La capacità metabolica dipende dal sistema enzimatico che è

specifico per ogni specie

Orticoltura urbana

Pareti verdiStrade centrali

Tetti verdi

Parchi

Giardini

Balconi fioriti

TUTTE LE PIANTE ASSORBONO E MITIGANO

Alcune piante funzionano meglio di altre nel rimuovere polveri e inquinanti dall’aria

Le piante rimuovono tutti gli inquinanti dall’aria (Nowak 1995)

Alcune specie assorbono più di altre: POTENZIALE SPECIE-SPECIFICO

DENSITA’ E MORFOLOGIA DEGLI STOMI

SPESSORE E STRUTTURA DELLA CUTICOLA

CARATTERISTICHE FOGLIA

MAGGIORE E’ LA DENSITA’ STOMATICA E LO SPESSORE DELLA CUTICOLA E MAGGIORE E’ LA CAPACITA’ DI ASSORBIRE INQUINANTI

ALLO STATO GASSOSO

INQUINANTI GASSOSI

PROPRIETA’ FISICO-CHIMICHE DEGLI INQUINANTI

CONDIZIONI CLIMATICHE

STRUTTURA DELLA PIANTA

RESISTENZA DELLA PIANTA AGLI INQUINANTI

CARATTERISTICHE PIANTA

TASSI DI ACCRESCIMENTO

LONGEVITA’ DELLA PIANTA

SEMPREVERDE, DECIDUA, ANNUALE, PERENNE

Polveri inalabili (PM10, 5, 2.5)polvere, fumo, microgocce di liquido emessi da industrie, centrali termoelettriche, autoveicoli, e

cantieri. Nelle città l’80% delle PM10 deriva

dal traffico

per polveriper polveri

Le piante come filtri biologiciLe piante come filtri biologici

Complessa miscela di sostanze organiche ed inorganiche, sospese in atmosfera sia in forma

liquida che gassosa.Particolato (PM) può avere diverse dimensioni:

PARTICOLATOPARTICOLATO

Grossolano> 10 µm

Sottile

< 2,5 µm < 1 µm

Ultrasottile

Sorgenti naturalidi particolato

l‘erosione del suolo incendi boschivi

eruzioni vulcaniche dispersione di pollini

aerosol marino

•Processi di usura:

Sorgenti antropiche di particolato

•Processi di combustione:

traffico veicolare 30%

impianti di riscaldamento domestico15%

emissioni industriali 50%

pneumatici

asfalto stradale

• La Figura riporta i tipi di particelle con diametro inferiore a 10 µm più comuni nell’atmosfera e la distribuzione dei loro diametri

Particolamente importanti le particelle molto piccole (0.1 mm)

Quelle emesse da combustione contengono la quantità più elevata di composti organici cancerogeni e mutageni e penetrano all’interno degli alveoli polmonari.

In un' area urbana si riscontra una prevalenza di sintomi respiratorii tre volte superiore rispetto ad una zona rurale (asma, bronchiti, enfisema, allergie…)

Maggiore superficie fogliare

Struttura della chioma più complessa =

movimenti turbolenti dell’aria

PARTICOLATO

La deposizione degli inquinanti è maggiore

negli alberi rispetto agli arbusti

PlatanusPlatanus•UlmusUlmus

•JuglansJuglans

•TiliaTilia

•CeltisCeltis

•FraxinusFraxinus

Esempi di specie che possono aiutare per purificare l’aria dalle PMPM1010:

Caratterizzazione dell’impatto ambientale di specie vegetali di utilizzo in ambito urbano mediante la stima

Assorbimento

CO2

atmosferico

Rimozione

inquinanti

Emissione di Composti

Organici Volatili VOC

Isoprenoidi

Alcani

Alcheni

AlcoliAlde

idi

ChetoniAcidi

EsteriEte

ri

L’emissione biogenica di composti organici volatili (VOC) è superiore a quella antropogenica.

Le piante producono circa 1500 Tg (1015 g) di VOC/anno, che rappresenta circa l’80% della quantità di VOCs chimicamente reattivi rilasciati in

atmosfera

Le sostanze odorose vengono percepite dall’uomo….

α-pinene

limonene

Le piante producono e rilasciano nell’aria sostanze organiche volatili (VOC)

limonenelimonene

β-pinene

……..ed anche dagli insetti

limonene

α-pinene

β-pinene

… ATTRATTIVO

percepito dagli

INSETTI IMPOLLINATORI…

…ma anche repellente e deterrente per INSETTI che sono DANNOSI alle stesse

piante

VOC come MESSAGGERI CHIMICI

Perché i VOC sono importanti per l’ambiente?Perché i VOC sono importanti per l’ambiente?

Ambiente naturaleAmbiente naturale

I VOC modificano le proprietà chimiche e fisiche dell’atmosfera

Nell’atmosfera i BVOC svolgono una duplice azione in funzione della presenza o meno di inquinanti antropogenici.

Quando gli NOx sono assenti i BVOC “puliscono” l’atmos fera dall’ozono

NOx = NO + NO2VOC -O3

Ossidazione dei VOC

Cosa succede in città?Cosa succede in città?

In presenza di alte concentrazioni di NOx i

VOC iniziano delle reazioni che portano all’ aumento dell’ozono troposferico

+O3

NOx = NO + NO2 VOCs

Isoprene

Pinaceae (Picea)

Salicaceae (Quercus)

Fagaceae (Populus)

Palmaceae (Chamaerops)

Alcune felci

Monoterpeni

Conifere

Lamiaceae (Salvia, Rosmarinus)

Apiaceae

Rutaceae (Citrus)

Myrtaceae (Myrtus, Eucalyptus)

Astearaceae

Canfene Carene

Limonene mircene

Pinene sabinene

Linalolo eucaliptolo

pioppi

Quercus rubra

palma

conifere

rosmarinolimone

INDICE INDICE POFPOF: POTENZIALE DI FORMAZIONE DELL’OZONO: POTENZIALE DI FORMAZIONE DELL’OZONO

Tratto da: “Le piante e l’inquinamento dell’aria. G. Lorenzini e C. Nali. Springer

POF: B*[(Eiso*Riso) + (Emono*Rmono)]

B=BIOMASSA FOGLIARE E=TASSO DI EMISSIONE R=REATTIVITA’composti emessi

Simulazioni matematiche relative a scenari diversi di pianificazione del verde urbano segnalano che, se si scelgono specie con basso POF,

l’effetto di mitigazione dell’ozono è positivo

BILANCIO NETTO OZONO

CAPACITA’ DI ASSORBIRE CAPACITA’ DI FORMARE

se si scelgono specie con basso POF , l’effetto positivo di mitigazione dell’ozono è positivo

metodologie per stimare l’efficienza di cattura degli inquinanti dalle piante

OSSERVAZIONI ANATOMICHE E MORFOLOGICHE:OSSERVAZIONI ANATOMICHE E MORFOLOGICHE:

MICROSCOPIO OTTICOMICROSCOPIO OTTICO: per studiare le strutture anatomiche SEM SEM (Microscopio Elettronico a Scansione): per studiare la micro-morfologia delle foglie

Tot

Einf

PPtot

PL

PPI

La%

Esup

INQUINANTI GASSOSI:

COEFFICIENTE DI COEFFICIENTE DI PALIZZATAPALIZZATA

DENSITA’ STOMATICADENSITA’ STOMATICA

SPAZI INTERCELLULARI

TESSUTO A PALIZZATA

TESSUTO LACUNOSO

SCAMBI GASSOSI ATTIVITA’

FOTOSINTETICA

ASSORBIMENTO INQUINANTIMaggiore è il numero di

stomi, maggiore è la potenzialità di assorbire

inquinanti gassosi

POTENZIALITA’ DI ASSORBIMENTO DEGLI INQUINANTI ATMOSFERICIPOTENZIALITA’ DI ASSORBIMENTO DEGLI INQUINANTI ATMOSFERICI

Specie

A. campestre

C. betulus

C. monogyna

F. excelsior

F. ornus

L. styraciflua

L. tulipifera

M. domestica

P. persica

Q. cerris

Bassa potenzialità

Coefficiente di palizzata

MEDIO

ALTO

ALTO

ALTO

MEDIO

MEDIO

MEDIO

MEDIO

MEDIO

MEDIO

COEFFICIENTE DI PALIZZATA)COEFFICIENTE DI PALIZZATA)

Fraxinus excelsior(Frassino comune)

Fraxinus ornus(Orniello)

% LAMINA FOGLIARE OCCUPATA DAL PARENCHIMA A PALIZZATA E LACUNOSO

Alta potenzialità

Alto CP = Basso CP =

Indice di mitigazione

• •

•

•

•

• •

• •

• •

• •

• •

• •

Spessore del palizzata

Spessore del lacunoso

X 100

Specie vegetale

N. stomata

A. campestre 570

C. betulus 222

C. monogyna 192

F. excelsior 240

F. ornus 261

L. styraciflua 518

L. tulipifera 106

M. domestica 454

P. persica 493

Q. cerris 619

DENSITA’ STOMATICA= N° STOMI per mmDENSITA’ STOMATICA= N° STOMI per mm22

DENSITA’ STOMATICA

ALTA

MEDIA

MEDIA

MEDIA

MEDIA

ALTA

MEDIA

ALTA

ALTA

ALTA

Bassa densità stomatica = basso potenziale di assorbimento

Quercus cerris

Carpinus betulus

Alta densità stomatica = alto potenziale di assorbimento

POLVERI SOTTILI:

PELIPELI

CERECERE

MICRO- RUGOSITA’MICRO- RUGOSITA’

SUPERFICIE FOGLIARESUPERFICIE FOGLIARE

Rugosità e viscosità:Rugosità e viscosità: La cattura delle PM10 aumenta all’aumentare della viscosità, mentre per le polveri sottili (PM2,5; PM1) è la rugosità che influenza positivamente la loro

cattura.

POTENZIALITA’ DI CATTURA DEGLI INQUINANTI ATMOSFERICIPOTENZIALITA’ DI CATTURA DEGLI INQUINANTI ATMOSFERICI

DENSITA’ DEI PELI FOGLIARI

Parrotia persica

Quercus cerrisLiquidambar styraciflua

Malus domestica “Evereste”

PARTICOLATOPARTICOLATO

MICRO-RUGOSITA’ DELLE FOGLIE

Parrotia persica

Liriodendron tulipifera Crataegus monogyna

Quercus cerris

Superficie liscia

Scabrosità cuticolari

PARTICOLATOPARTICOLATO

Parrotia persica

Mitigazione Inquinanti atmosfericiMitigazione Inquinanti atmosferici

Malus evereste

polverigas

Quercus cerris

Ozono

Mitigazione COMitigazione CO2 2 atmosfericaatmosferica

CO2 Ozono

Acer platanoides Tilia cordata Betula pendula youngiiTilia cordata

Nella progettazione di aree verdi occorrerà valutare l’associazione migliore tra le specie in funzione delle caratteristiche ecofisiologiche delle piante, dell’ ambiente in cui si debbono inserire e della mitigazione che si vuole

ottenere

Koelreuteria paniculata Liquidambar styraciflua

Ozono

polverigas

CO2

I VOC non sono inquinanti …se ci sono piante emettitrici di VOC nelle città non dobbiamo dedurre che la vegetazione è produttrice di inquinamento ma

è più appropriato dire che non realizza il massimo potenziale di purificazione dell’aria

MODELLISTICA ECOFISIOLOGICA

STRATUM (Street Tree Resource Analysis Tool for Urban-Forest Managers)

dai dati di un censimento, la struttura del popolam ento in esame (disposizione, composizione, copertura), consentono di

QUANTIFICARE i benefici ambientali ed economici de rivanti dalla mitigazione da parte delle piante.

UFORE. "Urban Forest Effects"

Forest Service dell’USDA-USA

CO2 sequestrata da un albero

Il sequestro di CO2 dipende dalle dimensioni delle piante

Diametro del tronco

quantità di CO 2 rimossa ANNUALMENTE

CO2 immagazzinata COME BIOMASSA sotto forma di carbonio

20 Kg di CO 2/anno

0.4-1 ton durante il suo ciclo vitale

1 ettaro: 5-6 ton/anno

Un giardino pubblico Un giardino pubblico

per ridurre le PMper ridurre le PM1010: :

IBIMET ai Giardini IBIMET ai Giardini

MargheritaMargherita

26 ha di Tigli, Querce,Tassi,Cedri, Platani, Pini, Ippocastani, 26 ha di Tigli, Querce,Tassi,Cedri, Platani, Pini, Ippocastani, MagnolieMagnolie

20 – 50 µg m-3 di PM10

COME RIDURRE L’ IMPRONTA ECOLOGICAL’ impronta ecologica può essere ridotta in due modi : dai

comportamenti degli individui per ridurre le emissi oni e con compensazioni scelte dalle persone per ridurre le e missioni.

http://www.wcafi.org/en/

SOLUZIONI, IDEE, SVILUPPI INNOVATIVI

…molta fantasia….

http://www.thegreenhead.com/2008/05/bel-air-plant-powered-air-filter.php

3 living roof: more than a lawn overhead, 1.7 milli on native plants insulate the roof, capture rainwat er, and provide a 2.5-acre habitat for butter flies, hu mmingbirds, and other critters. And that nifty that ch is

framed by 60,000 photovoltaic cells along the roof' s perimeter.

STRATEGIE PER AUMENTARE IL VERDE URBANO: California Academy of Sciences in San Francisco – Renzo Piano

California Academy of Sciences in San Francisco – Renzo PianoINSIDE

Il giardino dell'hotel ecologico 4 stelle a Vienna Musée du Quai Branly, Parigi

Hotel Athenaeum, Londra

LE PIANTE NON INQUINANO ci possono aiutare a trovare risposte economiche eco-compatibili ma i loro

benefici ambientali non sono risolutivi ….

E’ indispensabile affiancare politiche di riduzione dell’inquinamento per conseguire effettivi benefici sulla nostra salute e, di conseguenza, sulla

vivibilità delle nostre città.