006 ariasuoloacqua

Cover

Biosfera: aria-acqua-suolo, territorio e vitaBiosphere: Air-Water-Soil, Land and Life

2015

PROGETTAZIONE URBANA SOSTENIBILE

PIANIFICAZIONE TERRITORIALE

2014/2015

Luca Marescotti 2 / 110

Città tecnologie ambiente <CTA>Capitolo 2: “Per una cultura delle tecnologie ambientali”

Capitolo 3: “Risorse naturali e urbanistica”

GLI IMPATTI UMANI SU ARIA ACQUA E SUOLO.LA SFIDA E LE RESPONSABILITÀ DELL'URBANISTICA

Ecologia: relazione degli esseri viventi con l'ambiente. Urbanistica: come ci relazioniamo con l'ambiente?


ARIA ARIA atmosfera

SUOLO pedosfera - litosferaSUOLO pedosfera - litosfera

ACQUA idrosferaACQUA idrosfera

relazioni tra aria suolo e acquafisiche, chimiche, biologichefisiche, chimiche, biologicheBIOSFERABIOSFERA

Ecologia: relazione degli esseri viventi con l'ambiente


Dinamiche che inducono Dinamiche che inducono capacità di rigenerazione e di capacità di rigenerazione e di trasformazione del sistematrasformazione del sistema

ARIA - SUOLO – ACQUAARIA - SUOLO – ACQUA

per questoper questobisognabisogna comprendere le relazioni dinamiche del sistema comprendere le relazioni dinamiche del sistema

ARIA - SUOLO – ACQUAARIA - SUOLO – ACQUAe i cicli dei singoli elementie i cicli dei singoli elementi(valutazione dei fattori fisici)(valutazione dei fattori fisici)



ARIA

il respiro della biosferail respiro della biosfera

SUOLO ACQUA



ARIA

GLI STUDI SUI COMPORTAMENTI DELL’ATMOSFERA

meteorologiameteorologiaaerologia aerologia (fino a 30 km)(fino a 30 km)

aeronomia aeronomia (sopra i 30 km)(sopra i 30 km)


comportamento degli strati atmosferici a diretto contatto del suolometeorologiameteorologia

ARIA


comportamento degli strati atmosferici a diretto contatto del suolo: effetto degli effetto degli ostacoli sul ventoostacoli sul vento

L’attrito con la superficierallenta la velocità

ARIA


La scala Beaufort (ammiraglio inglese Francis Beaufort 1774-1857) istituita nel 1806 La scala Beaufort (ammiraglio inglese Francis Beaufort 1774-1857) istituita nel 1806 misura con un anemometro la velocità del vento a 10 m di altezza su terreno piatto.misura con un anemometro la velocità del vento a 10 m di altezza su terreno piatto.

ARIA: Velocità del ventoVelocità del vento


comportamento degli strati atmosferici indipendenti dal suolo (atmosfera libera)aerologia (fino a 30 km) aerologia (fino a 30 km) aeronomia (sopra i 30 km)aeronomia (sopra i 30 km)

ARIA


AEROLOGIA (< 30 km)AEROLOGIA (< 30 km) prime indagini con i cervi volantiAlexander Wilson 1748/1749 AERONOMIA (> 30 km)AERONOMIA (> 30 km) prima definizione Sidney Chapman 1954

ARIA - atmosfera libera


meteorologi

a

aerologia

aeronomia

Esofera

Termosfera

Mesosfera

Ozonosfera

Stratosfera

Troposfera BIOSFERA

ARIA - Atmosfera


fino a circa 10.00015.000 m di altezza

temperatura in diminuzione

diminuisce di 6 C°km-1

ARIA - Troposfera


Gli aeroplani di linea volano alla quota approssimata di 8÷10.000 metri di quota

La temperatura media dell’aria è di -50 C°

I grandi elementi di termoregolazione

umidità presente nell’aria

anidride carbonica

polveri

ARIA - Troposfera


Anidride carbonica

processi di respirazione vegetale e animale

decomposizione e combustione di sostanze a base di carbonio

eruzioni vulcaniche

ARIA - Troposfera


ARIA – monossido di carbonio


The previous image shows concentrations of carbon monoxide from

December 2-12, 2004, colored in shades of blue (lowest) to red (highest).

The carbon monoxide measurements come from a sensor called

MOPITT Measurements of Pollution in the Troposphere.



ARIA – biossido di azoto


Fonte: 2000 LOTOS-EUROS aerosol

analysis system for GMES service element PROMOTE

ARIA – Concentrazione PM2,5


ARIA – Diffusione di inquinamenti


Stratosfera

1530 km

a temperatura quasi costante

-10/-20 C°


Ozonosfera

3060 km

temperatura in aumento

fino all’intorno di 0 C°


L’ozono presente in questo strato assorbe l’energia solare contenuta nelle radiazioni dell’ultravioletto e si riscalda.

Nell’ozonosfera l’ozono svolge una funzione di scudo protettivo rispetto ai raggi ultravioletti, la cui alta energia, se arrivasse fino al suolo, sarebbe senz’altro dannosa per gli attuali sistemi viventi.

Ozonosfera


Ozonosfera


The Dobson Unit (DU) is a measure of the "thickness" of the ozone layer

The column measurement can be conceptualized by imagining that all of the overhead ozone molecules (spread over the depth of the stratosphere) could be brought down to the surface (at standard temperature and pressure)

This "layer" of ozone would only be about 3 millimeters (mm) thick, equivalent to the height of two stacked pennies

This amount of ozone has a Dobson Unit value of 300 DU (approximately the global average of total ozone

Ozonosfera


riferimento consigliato

http://oceanworld.tamu.edu/resources/environment-book/atmosphericpollutants.html

Ozonosfera


Mesosfera

6085 km

fino a -70 C°,

temperatura in diminuzione


Termosfera

oltre 85 km di altezza fino a 500 km

temperatura in aumento

a 100 km di altezza supera i 200 C°

oltre 200 km di altezza la temperatura si innalza bruscamente superando i 1.000 C°


Esosfera o Magnetosfera

oltre 500 km di altezza

dominata da fenomeni elettromagnetici


Bilancio energetico

La vita sulla Terra dipende dalla energia irradiata dal Sole.

La dinamica dell'atmosfera dipende dalla energia irradiata dal Sole e dalla rotazione del pianeta e dalla geomorfologia (temperatura, forza di gravità e forze cinematiche, orografia).

Il bilancio energetico tra l’energia irradiata e quella ritrasmessa dalla Terra nello spazio influisce sul comportamento dell’atmosfera, anche in termini di temperatura, di umidità e di pressione


“L’equilibrio termico dell’atmosfera dipende dal bilancio tra l’energia solare incidente al suolo, quella persa dalla Terra per irraggiamento, convezione, evaporazione, turbolenza e quella restituita all’atmosfera dall’effetto serra”

Bilancio energetico


Energia irradiata

Misura

unità di energia per unità di superficie e per unità di tempo


Energia irradiata e alterazioni climatiche

L’INTERAZIONE NELLA TROPOSFERA

E

LE ANOMALIE DELLE TEMPERATURE AL SUOLO

http://climate.nasa.gov/ClimateTimeMachine/climateTimeMachine.cfm


CLIMATE ANOMALIESdata, slides and animation

Download from NASA

Energia irradiata e alterazioni climatiche

http://data.giss.nasa.gov/gistemp/

http://data.giss.nasa.gov/gistemp/


ARIA

SUOLO

sostegno e nutrizionesostegno e nutrizione ACQUA


SUOLO

corpo naturale

caratterizzato da leggi proprie

riconosciuto e codificato come tale da V. V. Dokuchaev (1883)

(scuola russa)


SUOLO

derivato dalla rocciaderivato dalla roccia

azione disgregatrice del clima e degli organismi viventi

influenze del sito (la topografia)

influenze del tempo


erosione fisica

trasformazione chimica

SUOLO


erosione fisica granulometria

trasformazione chimicaminerali in soluzione

la dissoluzione chimica avviene quando i catione e gli anioni sono completamente legati alle molecole d’acqua

SUOLO


classificazione dei suoli

tassonomia dei suoli

fattori climatici

caratteristiche intrinseche del suolo

caratteristiche genetiche (pedogenesi del suolo)

SUOLO


visione integrata

tra

modalità di formazione dei suoli

relazioni del suolo

con

vegetazione e organismi viventi

(microrganismi)

SUOLO


Il suolo è una miscela di fasi solide, liquide e gassose. Le dimensioni e la forma delle particelle solide determina le caratteristiche di porosità che può essere colmata d’acqua o

d’aria. (…)

Sabbia, silice e pietrisco sono relativamente inerti (…), all’argilla, che è una miscela minerale molto complessa, si devono le proprietà di immobilizzo del terreno

SUOLO


SUOLO

I tipi di suolo sono classificati in funzione della dimensione dei grani e della conseguente capacità di ritenere l’acqua (pori e capillarità)

argillaargilla < 2 m

2 m <limolimo< 63 m (0,063 mm sistema USA)

o in alternativa

2 m <limolimo< 20 m (0,02 sistema internazionale)

0,0630,02 mm <sabbia finesabbia fine< 0,2 mm

0,2 mm <sabbia grossasabbia grossa< 2 mm

pietriscopietrisco> 2 mm micro=10-6

SUOLO


SUOLO

Tassonomia del suolo predisposta da

UNITED STATES DEPARTMENT OF AGRICOLTURE

USDA

SOIL TAXONOMY

Soil Taxonomy, A Basic System of Soil Classification for Making and Interpreting Soil Surveys (second edition)

available in PDF format for printing or viewing: http://soils.usda.gov/technical/classification/taxonomy/


RICONOSCERE IL SUOLO

IN FUNZIONE DELLA COMBINAZIONI DELLE PROPORZIONI IN FUNZIONE DELLA COMBINAZIONI DELLE PROPORZIONI

“campi omogenei di comportamento”

unità di suolounità di suolo ““relativamente” omogenee a livello territorialerelativamente” omogenee a livello territoriale


SUOLO

limoargilla

sabbia

0%

0%

0%

100%

100%

100%


LIMOLIMO

Argilloso limosoArgilloso limoso

Argilloso sabbiosoArgilloso sabbioso

SABBIA

ARGILLAARGILLA

FrancoFranco


Argilla

Argilloso limoso

Argilloso sabbioso

Franco limoso argilloso

Franco argilloso

Franco sabbioso argilloso

Franco limoso

Franco

Franco sabbioso

Limoso

Sabbioso franco

Sabbioso


SUOLO

LEHM contiene in parti uguali sabbia limo argilla sabbia limo argilla

LÖSS contiene 70%÷80% limo limo


limoargilla

sabbia

“LEHM” = “FRANCO”

suolo composto parimenti da sabbia, limo ed argilla

ovvero

tessitura senza prevalenza di alcuna classe granulometrica


ORIZZONTI


TERMINOLOGIA: gli orizzonti stratigrafici


Orizzonte O Costituito pressoché totalmente da sostanza organica;

Orizzonte A Eluviale in cui predomina il movimento discendente dell'acqua;

Orizzonte B Illuviale in cui l'acqua deposita i soluti da essa trasportati;

Orizzonte C Costituito dai frammenti grossolani della roccia madre rappresenta il substrato pedogenetico del terreno;

Orizzonte R Roccia madre.

TERMINOLOGIA: gli orizzonti stratigrafici


La storia della Terra, un pianeta dinamico. Stratigrafia della roccia madre [Xinjiang province, Tienshan]


La storia della Terra

The highest hills rise up to 1,200 meters (3,900 feet) above the adjacent basins, and they are decorated with distinctive red, green, and cream-colored sedimentary rock layers. The colors reflect rocks that formed at different times and in different environments.

[Fonte: NASA]


Piqiang Fault - Tien Shan mountains (northwestern Xinjiang province)


Piqiang Fault - Tien Shan mountains (northwestern Xinjiang province)

sandstone – arenaria

limestone - calcare

ERA PALEOZOICO:

Periodo Cambriano-Ordoviciano: (a) da 582 a 488 milioni di anni fa; (b)

da 488 a 444 milioni di anni fa.

Periodo Siluriano: da 444 a 416 milioni di anni fa.

Devoniano: da 416 a 359 milioni di anni fa.

The red layers near the top of the sequence are Devonian

sandstones formed by ancient rivers.

The green layers are Silurian sandstones formed in a

moderately-deep ocean. The cream-colored layers are

Cambrian-Ordovician limestone formed in a shallow ocean.



PROVA PROVA al tatto:: terra impastata con l’acqua

limolimo saponoso, farinoso “non legante”

argillaargilla adesiva, appiccicosa, modellabile

sabbia sabbia incoerente, abrasiva



stati di aggregazione del suolo

campi di comportamento omogeneo

“tessitura del suolo”

ogni classe particolari proprietà


SUOLO

LE SOSTANZE ORGANICHE

SI TRASFORMANOSI TRASFORMANO

PER MINERALIZZAZIONE

SI SCOMPONGONO IN COSI SCOMPONGONO IN CO22, H, H22O, NHO, NH33 (AMMONIACA), PO (AMMONIACA), PO443- 3- (FOSFATI), K(FOSFATI), K++, ,

CaCa2+2+

PER UMIFICAZIONE

DANNO LUOGO A NUOVI COMPOSTI ORGANICIDANNO LUOGO A NUOVI COMPOSTI ORGANICI


SUOLO

HUMUSi composti derivati dai resti vegetali e animali

SI LEGANO AI MINERALI

DANNO LUOGO A

COMPOSTI UMICI


SUOLO

“Un suolo è un corpo naturale formatosi a partire da una roccia sulla superficie terrestre, Un suolo è un corpo naturale formatosi a partire da una roccia sulla superficie terrestre, in in presenzapresenza di un certo clima, di una determinata bassa vegetazione e popolazione di organismi di un certo clima, di una determinata bassa vegetazione e popolazione di organismi del suolo, del suolo, attraversoattraverso svariati processi (erosione e mineralizzazione, decomposizione e svariati processi (erosione e mineralizzazione, decomposizione e umificazione, stratificazione) e diverse ricomposizioni superficialiumificazione, stratificazione) e diverse ricomposizioni superficiali”

ri-definizione del suolo del 1984ri-definizione del suolo del 1984


SUOLO

pedogenesi: descrive la formazione del suolo

pedologia: studia il suolo


PROPRIETÀ DEL SUOLO

Proprietà fisiche

ritenzione di acqua

porosità (classi di porosità)

aerazione*

granulometria

(*) da cui dipende la presenza di ossigeno



Proprietà chimiche

grado di acidità (pH del suolo)

capacità di “tamponare”

(di opporsi a variazioni di acidità)



Proprietà biochimiche

caratteristiche biochimiche

attività microbiologiche

presenze di enzimi


– funzione meccanica di supporto agli insediamenti (meccanica del suolo come scienza per lo studio delle fondazioni, per esempio)

– funzione di riserva di elementi nutritivi

– funzione di scambio attivo nelle dinamiche ambientale

FUNZIONI DEL SUOLO


Le funzioni di riserva di elementi nutritivi e di scambio attivo nelle dinamiche ambientale comportano lo scambio di sostanze minerali

Il trasporto dei minerali è interno a complesse relazioni tra ambiente e organismi viventi

FUNZIONI DEL SUOLO


FUNZIONI DEL SUOLO

cicli cicli

bio_geo_chimicibio_geo_chimici

per esempio: ciclo del carbonio, dell’ossigeno, dell’azoto, del fosforo, dello zolfo, del calcio


LE MARCITE

SUOLO e ACQUA e agricoltura: le marcite


SUOLO e ACQUA e agricoltura: le marcite


ARIA

SUOLO ACQUA

dissetare il mondo


ACQUA

ambiente vitale

diverse specie di organismi

riserva di energia

nutrizione

(riserva per i fabbisogni alimentari e idrici)trasporti


caratterizzata da

•viscosità

funzione della temperatura

•turbolenza

funzione del sito

ACQUA


tre diversi stati di aggregazione

•solida

•liquida

•gassosa

ACQUA


ACQUA

La superficie degli oceani e dei mari

70% della superficie terrestre

L’acqua degli oceani e dei mari

94% dell’acqua allo stato libero


acqua dolce = 2%

ripartita in

ghiaccio

falda superficiale

laghi

umidità del suolo

umidità dell’atmosfera

fiumi

ACQUA


radiazioni solari

33%50% energia

ciclo delle acqueciclo delle acque

ACQUA


AMBIENTI ACQUATICI

• Ambienti marini;

• Acque di transizione (miscela di acque dolci e acque salate): lagune, estuari di fiumi, foci di canali artificiali, porti e golfi;

• Ambienti di acqua dolce. Caratterizzati dalla dinamica:– movimenti orizzontali di modesta entità come i laghi (ambienti

lentici, acque calme)

– movimenti orizzontali più o meno rapidi, persistenti e orientati, come i fiumi (ambienti lotici).


SUOLO E ACQUA

che succede dell’acqua?

Il Lago d'Aral è un lago salato di origine oceanica, situato alla frontiera

tra l'Uzbekistan e il Kazakistan. Possiede due immissari (Amu Darya e Syr Darya) e non ha emissari (bacino

endoreico).

http://earthobservatory.nasa.gov/Features/WorldOfChange/aral_sea.php


ACQUA: DOV'È FINITA L'ACQUA DEL LAGO D'ARAL?


ACQUA: and what about Lakes on the Mongolian Plateau?


ACQUA: and what about Lakes on the Mongolian Plateau?

Lakes on the Mongolian Plateau are shrinking rapidly, according to researchers from Peking University and the Chinese Academy of Sciences.

After analyzing several decades of satellite imagery, the researchers found that the total lake surface area had declined from 4,160 square kilometers (1,060 square miles) in the late 1980s to 2,900 square kilometers in 2010, a decrease of 30 percent.

The authors attribute the losses to warming temperatures, decreased precipitation, and increased mining and agricultural activity.

[NASA Earth Observatory]


ACQUA: and what about Lake Chapala, the largest lake in Mexico?


ACQUA: and what about Lake Chapala, the largest lake in Mexico?

Water now seldom flows from the lake to the Río Santiago, its natural outlet.

The lake’s internal circulation and hydrologic balance are drastically different from historic patterns.

Agricultural chemical residues, heavy metals, and dissolved solids have increased due to inputs from upstream and to evaporation from the shallow lake.

These changes have contributed to periodic expansion of algae and non-native aquatic plants, diminished quality of commercial fisheries, and impoverished diversity of native fish species.

Contaminated and reduced fish stocks pose health threats to both humans and birds that

consume them.

[NASA Earth Observatory]


REFERENZE A MARGINE

Gilles Clément, Il giardiniere planetario, 22publishing, Milano 2008 (2004).

Jean Giono, L’uomo che piantava gli alberi, Salani, Milano, 1996 (1980)


Pericolosità relativa

Rischio zero, rischio accettabile

Rischio, industrie a rischio, rischio ambientale

Siti inquinati

Siti pericolosi per l’immissione di sostanze inquinanti

Siti con pericolosità intrinseca naturale

Glossario & alcuni esempi (<CTA> p. 64-69)


IMPATTI UMANI: OVVERO COME VALUTARE MITIGAZIONE E COMPENSAZIONE

Il peso dell'urbanizzazione sui processi rigenerativi e bioproduttivi del sistema fisico

ARIA-SUOLO-ACQUA

in relazione ai sistemi viventi.

SISTEMI SOCIOECOLOGICI SSE

SOCIOECOLOGICAL SYSTEMS SES

SERVIZI AMBIENTALI SA

ECOLOGICAL SERVICES ES

QUALE RUOLO PER L'URBANISTICA?

COME IMPOSTARE LA VALUTAZIONE AMBIENTALE STRATEGICA?


IMPATTI UMANI SU CICLI COMPLESSI BIOLOGICI-GEOLOGICI-CHIMICI (Sistema Socio-Ecologico SSE)

Nel ciclo delle acque interagiscono processi chimici, biologici, geologici e si compiono servizi ambientali di rigenerazione


Glossario, alcuni esempi (<CTA> p. 64-69)

EmissioniLe emissioni sono le sostanze espulse da specifiche sorgenti nell’atmosfera (per esempio da edifici, da

impianti industriali, da autoveicoli). Soglie di attenzione / Soglie di pericolo (valori diversi specifici per singole sostanze; la definizione di soglie in autonomia in ogni paese per quali sostanze a controllo, per

quali concentrazioni massime ammissibili di emissione).

TrasmissioneLe sostanze espulse si diffondono e sono trasportate (esempio di azione: nei luoghi di lavoro per questa fase sono stati stabiliti valori massimi ammissibili di concentrazione, negli scarichi liquidi si indicano le

concentrazioni massime).

ImmissioniLa fase di ricaduta delle sostanze espulse comporta il loro inserimento in un altro “mezzo” con possibili

reazioni chimiche (definizione dei valori massimi di concentrazione).


TossicitàLa tossicità di una sostanza implica la misura della quantità minima ((concentrazione in un mezzo)

capace a causare effetti dannosi su un sistema biologico. La tossicità in termini relativi e in funzione di quanta poca sostanza occorre per ottenere effetti dannosi. La tossicità dipende dalla probabilità che il

sistema biologico sia esposto alla sostanza (curve di risposta – concentrazione - durata oppure di risposta – dose - durata). Esistono soglie di tossicità, con misure di effetti non osservati, minimi, non

nocivi e nocivi, in base ai quali si forniscono fattori di incertezza, fattori di sicurezza.

DannoDanni in relazione al soggetto colpito: suolo (calpestio, trasmissione, immissione o radiazione); sensi

(udito, vista); basi azotate, flora, fauna. / Danni in relazione all’entità: danno primario o secondario; danno temporaneo o permanente o periodico. / Danno somatico o biochimico o anatomico.

PericoloIl concetto di pericolo è legato a sostanze pericolose per la loro tossicità, perché infiammabili o

esplosive; inoltre si riferisce a luoghi in cui sono accumulate sostanze pericolose. Da questo deriva l’importanza del catasto dei “carichi antichi” (discariche dismesse, aree industriali con produzione di

sostanze pericolose) e la registrazione di quanto è in formazione, poiché le tecnologie attuali di trattamento dei rifiuti pericolosi potrebbero dimostrarsi in un futuro inefficaci.



Esempio di

analisi del rischio




Tutti gli esseri viventi sono partecipi di un processo con forti interazioni ambientali.

EFFETTI DI AZIONI DI INDIVIDUI SINGOLI, DI GRUPPI DI INDIVIDUI, DI IMPRESE

EFFETTI CUMULATIVI DIRETTI / INDIRETTI



ARIA (<CTA> p. 113-115)

Mezzo di dispersioni di residui di combustione o di processi chimici. Prelievo di azoto (brevetto Bosch-). Politiche urbane, mobilità e qualità dell'aria: TPL (gerarchia dei trasporti, ZTL controllo degli accessi, ZP o

IA isole ambientali). In funzione delle caratteristiche ambientali e orografiche.



Effetto città sulla temperatura dell’aria: l’isola urbana di

calore(Fonte: Energie Research Group 2000).

Effetto del calore urbano in una condizione di inversione

termica, I = strato di inversione;

S = strato di mescolamento dovuto all’isola di calore della città (Fonte: Vismara 1992, p. 209).



SUOLO (<CTA> p. 120-144)

Governo e controllo delle attività potenzialmente inquinanti, consumo di suolo, abbandono, erosione, attività agricole e impatti (rigenerazione,

rifertilizzazione, compattazione...). Mezzo per la dispersione di sostanze inquinanti e di rifiuti. In funzione delle caratteristiche geologiche e

pedologiche.



… e la Lombardia?superficie totale: 23.863 km²

sup. pianura: 11.226 km²

sup. collinare: 2.964 km²

sup. montana: 9.673 km²



ACQUA (<CTA> p. 144-193)

Un problema complesso: sfruttamento per attività industriali e agricole e per la produzione di energia, mezzo per la dispersione di reflui organici e

industriali, mezzo per l'estrazione di risorse naturali. Misurazione della qualità delle acque in funzione della turbolenza e del ricambio per

l'ossigenazione.



Costruzione del condotto nazionale per la derivazione delle acque del

Giordano Fonte: Orefice Roberto, Immagini e metamorfosi di

Erez in: AA.VV. 1966 p. 37.



Bilancio idrico di un bacino idrograficoEsempio: Bacino idrografico del fiume Giordano (Fonte:

Chapman, Mather 1995, p. 204)



Sfruttamento agricolo di un bacino idrografico

Derivazioni dal fiume Ticino per irrigazione e per forza motrice (Fonte: Consorzio del Ticino).



Diga delle Tre Gole


DOMANDE?

006 ariasuoloacqua

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