Determinazione in continuo di CO2, CH4 e H2Ov in ambiente atmosferico attraverso tecnica ad assorbimento laser (UGGA)

Abstract

Molti dei composti chimici presenti nell’atmosfera terrestre prendono il nome di “gas serra”. Queste specie gassose consentono alla radiazione solare di entrare liberamente nell’atmosfera e di trattenere parte della radiazione solare riflessa dalla superficie terrestre come energia termica. Nel corso del tempo si instaura un complesso equilibrio termico tra la quantità di energia inviata dal sole e quella irradiata dalla superficie. L’alterazione di questo equilibrio, con l’aumento di uno o più gas serra in atmosfera, porta a degli squilibri termici e un conseguente innalzamento delle temperature. Questo fenomeno è definito come “effetto serra”. I principali gas serra in natura che prendono parte a questo fenomeno sono: vapor d’acqua (H2Ov), anidride carbonica (CO2), metano (CH4), e ossido nitroso (N2O). Il vapore acqueo è il più potente gas serra ed è responsabile per circa due terzi dell’effetto serra naturale. Il secondo gas serra più importante è l’anidride carbonica. Il suo contributo è responsabile per il 5 - 20% dell’effetto serra naturale ed è la causa principale dell’effetto sera accelerato essendo il più emesso attraverso attività umane, difatti la sua concentrazione in atmosfera è aumentata del 142% dal livello pre– industriale al 2013 [WMO Greenhouse Gas Bulletin, n° 10: 06 November 2014]. Il terzo gas serra più importante è il metano. Anche se possiede un tempo di residenza in atmosfera breve e una concentrazione atmosferica bassa, è una molecola estremamente efficiente nell’assorbire il calore ed è responsabile per circa 8% dell’effetto serra, con picchi del 20% [G. Etiope et. al.,2008]. La concentrazione di metano in atmosfera è aumentata di 772ppb (parti per miliardo) dal periodo pre-industriale fino al 2013 [WMO Greenhouse Gas Bulletin, n° 10: 06 November 2014]. L’ossido nitroso ha una concentrazione atmosferica molto limitata ma un efficienza nel trattenere il calore molto elevata, circa 300 volte quella dell’anidride carbonica. Come abbiamo accennato, i gas serra possono essere di origine sia naturale che antropica. Elevate quantità di vapor d’acqua e anidride carbonica vengono rilasciate ogni anno in atmosfera dai sistemi vulcanici attivi, non solo durante i periodi eruttivi ma anche nei periodi di quiescenza. Emissioni naturali di metano in atmosfera sono legati al degassamento di vulcani di fango, largamente diffusi sull’intero pianeta. Recentemente l’organizzazione mondiale Intergovernmental Panel on ClimateChangedelle Nazioni Unite ha pubblicato una relazione internazionale (ICCP 2013) in cui, attraverso informazioni tecnicoscientifiche e socioeconomiche, ha valutato come il rischio del cambiamento climatico sia legato all’emissione di gas serra (principalmente CO2, H2O(v) e CH4), stimando che la temperatura media globale del suolo è aumentata di 0,6 ± 0.2K dalla fine del 19° secolo. L’IPCC rivela che: “c’è una nuova e più forte evidenza che gran parte del riscaldamento e dell’emissione di questi gas negli ultimi 50 anni siano attribuibili alle attività antropiche più che alle attività naturali” [Crosson, 2008]. Essendo l’effetto serra diventato un problema globale per la salute del pianeta è di fondamentale importanza disporre di strumentazioni analitiche per il monitoraggio di queste specie chimiche in atmosfera. Nel corso degli anni si sono utilizzate diverse tecniche analitiche per lo studio di questi gas in atmosfera al fine di capirne l’evoluzione. La tecnica più consolidata utilizzata per le misurazioni di specie gassose in atmosfera per oltre un decennio è stata la spettroscopia a raggi infrarossi non dispersiva (NDIRS). Nonostante la tecnica NDIRS abbia una buona precisione di misurazione per la maggior parte dei gas serra, questa tecnica risulta essere molto macchinosa e complessa in quanto necessita di frequenti azzeramenti e calibrazioni allungando notevolmente i tempi di analisi. Ultimamente