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Formazione ed emissione di nanoparticelle

Misure degli aerosol atmosferici da 1nm 

La nucleazione e la crescita per condensazione delle nanoparticelle sono due aspetti molto importanti della dinamica degli aerosol. Il fenomeno della nucleazione e dell’accrescimento sono due meccanismi attraverso cui avviene una transizione di fase, ad esempio dalla fase gas alla fase condensata liquido/solida.

La nucleazione è la formazione di aggregati di atomi o molecole (detti nuclei = particelle) in grado di accrescersi fino a produrre particelle di dimensioni maggiori, e ha un’importanza fondamentale in molti processi atmosferici e di sintesi. 

Per nucleazione omogenea si intende la formazione di nuove particelle per condensazione dalla fase gas. In presenza di particelle preesistenti, la condensazione può essere avviata per nucleazione eterogenea. 

La formazione di Nuove Particelle

In atmosfera, la formazione di nuove particelle (NPF new particle formation) è un processo chiave che determina la concentrazione numerica degli aerosol atmosferici. La formazione di nuove particelle è un processo in due fasi, durante il quale si formano cluster di particelle di ~1 nm (molecular clusters) per nucleazione di precursori in fase gassosa, e poi crescono fino a dimensioni maggiori per condensazione. Grazie ad osservazioni sperimentali effettuate presso diverse stazioni di ricerca delle scienze atmosferiche presenti su tutto il globo, è stato dimostrato che questo processo è molto frequente e avviene ovunque nell’atmosfera, ed è stimato essere la principale sorgente di nuclei di condensazione (CN condensation nuclei) e nuclei di condensazione delle nubi (CCN cloud condensation nuclei), influenzando cosi le proprietà delle nubi e il bilancio energetico della Terra (Sellegri et al., 2019).

Le Nanoparticelle

Le nanoparticelle (o UFP Ultra Fine Particles, definite come particelle che hanno una dimensione inferiore ai 100 nm) sono anche emesse direttamente in atmosfera da diverse sorgenti, sia naturali che antropiche. In area urbana, il principale contributo antropico deriva dal traffico stradale, ed è stato dimostrato come la maggior parte delle nanoparticelle emesse dal traffico stradale ricada nel range 1.3-3.0 nm, che rappresenta il 20-54% della concentrazione totale di particelle in un sito urbano di traffico (Rönkkö et al., 2017).  La concentrazione delle UFP è un aspetto molto importante nella valutazione degli effetti sulla salute della popolazione esposta. Le UFP sono caratterizzate da un’elevata efficienza di deposizione e penetrazione nella regione polmonare, e hanno dimensioni così piccole che possono entrare nel cervello direttamente attraverso il nervo olfattivo (Maher et al., 2016)

Il recente sviluppo di nuove soluzioni strumentali che permettono di misurare la concentrazione e distribuzione dimensionale delle nanoparticelle fino ad 1 nm, è sicuramente un importante contributo per il progresso delle ricerche sugli aerosol atmosferici, cosi come per altre altri campi di ricerca sulle nanoparticelle.

Riferimenti

Maher B et al., 2016.  “Magnetite pollution nanoparticles in the human brain”, PNAS, 113 (39) 10797-10801
Rönkkö T. et al., 2017 “Traffic is a major source of atmospheric nanocluster aerosol”, 114(29) 7549-7554
Sellegri et al., 2019. “Review. New Particle Formation: A Review of Ground-Based Observations at Mountain Research Stations”. Atmosphere, 10, 493