La contaminazione da microplastiche (MP) del comparto marino è ormai ampiamente riconosciuta come un problema ambientale e sanitario di primaria importanza. La loro presenza è infatti, come rilevato da numerose campagne di misura, ampia e diffusa in mari ed oceani e sono note le conseguenze nocive sulla biodiversità marina, fluviale e bentonica. In anni recenti, l’interesse della comunità scientifica si è inoltre rivolto all’indagine della distribuzione di tale contaminante sulla colonna d’acqua. È infatti ormai noto che solo una piccola percentuale delle MP immesse nell’ecosistema marino tenda a permanere negli strati superficiali mentre si stima che il 70 e il 90% delle stesse giaccia sui fondali (Uddin et al., 2021). Inoltre, risulta importante anche la diffusione e la presenza delle MP nello strato mescolato marino, subito al di sotto della superficie, dove si concentra la maggior parte della flora e della fauna. Come per diverse tipologie di contaminanti, il trasporto e la diffusione delle MP è legato a moti che si realizzano su diverse scale spaziali e temporali e i cui effetti dispersivi tendono a sovrapporsi. In un dominio tridimensionale complesso come quello rappresentato dall’ambiente marino, su piani paralleli alla superfice marina è possibile considerare come dominante il trasporto dovuto alle correnti orizzontali. Diversamente sulla verticale, essendo gli ordini di grandezza delle componenti medie di velocità molto inferiori a quelle orizzontali ed essendo presente uno strato mescolato di ampiezza variabile dove avvengono i principali scambi di energia e materia, risulta di interesse considerare in maggior dettaglio sia il trasporto dovuto al campo medio di velocità che il contributo dato dai fenomeni turbolenti a scala inferiore. Inoltre, un ulteriore parametro chiave nell’indagine della distribuzione verticale delle MP è rappresentato dalla velocità di rising/settling assunta (van Sebille et al., 2020). In funzione della propria densità, dimensione e forma ogni singola particella assumerà un moto verticale dovuto anche alla forza di gravità e potrà quindi sedimentare, galleggiare o comportarsi in maniera neutrale (Khatmullina & Chubarenko, 2019). Ad oggi, diversamente dalla larga disponibilità di dati campionati in superficie, i dati sulla colonna d’acqua risultano scarsamente reperibili in letteratura. Tuttavia, un’adeguata descrizione delle velocità di settling e rising risulta essenziale, essendo questa una componente da cui non è possibile prescindere per lo studio della dispersione delle MP in ambiente marino. Nel presente lavoro, con lo scopo di indagare i fenomeni di trasporto e diffusione su domini tridimensionali, è stato sviluppato un modello di dispersione lagrangiano 3D in grado di descrivere i suddetti fenomeni. Nel modello stocastico, che utilizza come input campi di velocità ricavati da un modello idrodinamico euleriano, è stata implementata una parametrizzazione della turbolenza verticale atta a rappresentare il contributo diffusivo di scale non risolte dal suddetto modello euleriano. Inoltre, allo scopo di valutarne il ruolo nel determinare la distribuzione sulla colonna d’acqua, si sono considerate tre diverse tipologie di MP con differente densità, inserendo nel modello le relative velocità verticali di rising/settling. Le simulazioni sono state condotte considerando il bacino del Mar Tirreno, già oggetto di precedenti lavori da parte degli autori ed hanno consentito di ricavare campi 3D e profili verticali di concentrazione di MP.

Modellazione numerica della dispersione di microplastiche sulla colonna d'acqua / Pini, Agnese; Zazzini, Simone; Bello, Paolo; Monti, Paolo; Leuzzi, Giovanni. - (2022). (Intervento presentato al convegno XXXVIII Convegno Nazionale di Idraulica e Costruzioni Idrauliche, IDRA 2022, Reggio Calabria 4-7 Settembre tenutosi a Reggio Calabria).

Modellazione numerica della dispersione di microplastiche sulla colonna d'acqua

Agnese Pini;Simone Zazzini;Paolo Bello;Paolo Monti;Giovanni Leuzzi
2022

Abstract

La contaminazione da microplastiche (MP) del comparto marino è ormai ampiamente riconosciuta come un problema ambientale e sanitario di primaria importanza. La loro presenza è infatti, come rilevato da numerose campagne di misura, ampia e diffusa in mari ed oceani e sono note le conseguenze nocive sulla biodiversità marina, fluviale e bentonica. In anni recenti, l’interesse della comunità scientifica si è inoltre rivolto all’indagine della distribuzione di tale contaminante sulla colonna d’acqua. È infatti ormai noto che solo una piccola percentuale delle MP immesse nell’ecosistema marino tenda a permanere negli strati superficiali mentre si stima che il 70 e il 90% delle stesse giaccia sui fondali (Uddin et al., 2021). Inoltre, risulta importante anche la diffusione e la presenza delle MP nello strato mescolato marino, subito al di sotto della superficie, dove si concentra la maggior parte della flora e della fauna. Come per diverse tipologie di contaminanti, il trasporto e la diffusione delle MP è legato a moti che si realizzano su diverse scale spaziali e temporali e i cui effetti dispersivi tendono a sovrapporsi. In un dominio tridimensionale complesso come quello rappresentato dall’ambiente marino, su piani paralleli alla superfice marina è possibile considerare come dominante il trasporto dovuto alle correnti orizzontali. Diversamente sulla verticale, essendo gli ordini di grandezza delle componenti medie di velocità molto inferiori a quelle orizzontali ed essendo presente uno strato mescolato di ampiezza variabile dove avvengono i principali scambi di energia e materia, risulta di interesse considerare in maggior dettaglio sia il trasporto dovuto al campo medio di velocità che il contributo dato dai fenomeni turbolenti a scala inferiore. Inoltre, un ulteriore parametro chiave nell’indagine della distribuzione verticale delle MP è rappresentato dalla velocità di rising/settling assunta (van Sebille et al., 2020). In funzione della propria densità, dimensione e forma ogni singola particella assumerà un moto verticale dovuto anche alla forza di gravità e potrà quindi sedimentare, galleggiare o comportarsi in maniera neutrale (Khatmullina & Chubarenko, 2019). Ad oggi, diversamente dalla larga disponibilità di dati campionati in superficie, i dati sulla colonna d’acqua risultano scarsamente reperibili in letteratura. Tuttavia, un’adeguata descrizione delle velocità di settling e rising risulta essenziale, essendo questa una componente da cui non è possibile prescindere per lo studio della dispersione delle MP in ambiente marino. Nel presente lavoro, con lo scopo di indagare i fenomeni di trasporto e diffusione su domini tridimensionali, è stato sviluppato un modello di dispersione lagrangiano 3D in grado di descrivere i suddetti fenomeni. Nel modello stocastico, che utilizza come input campi di velocità ricavati da un modello idrodinamico euleriano, è stata implementata una parametrizzazione della turbolenza verticale atta a rappresentare il contributo diffusivo di scale non risolte dal suddetto modello euleriano. Inoltre, allo scopo di valutarne il ruolo nel determinare la distribuzione sulla colonna d’acqua, si sono considerate tre diverse tipologie di MP con differente densità, inserendo nel modello le relative velocità verticali di rising/settling. Le simulazioni sono state condotte considerando il bacino del Mar Tirreno, già oggetto di precedenti lavori da parte degli autori ed hanno consentito di ricavare campi 3D e profili verticali di concentrazione di MP.
2022
XXXVIII Convegno Nazionale di Idraulica e Costruzioni Idrauliche, IDRA 2022, Reggio Calabria 4-7 Settembre
inquinamento marino; dispersione verticale di microplastiche; parametrizzazione della turbolenza marina
04 Pubblicazione in atti di convegno::04b Atto di convegno in volume
Modellazione numerica della dispersione di microplastiche sulla colonna d'acqua / Pini, Agnese; Zazzini, Simone; Bello, Paolo; Monti, Paolo; Leuzzi, Giovanni. - (2022). (Intervento presentato al convegno XXXVIII Convegno Nazionale di Idraulica e Costruzioni Idrauliche, IDRA 2022, Reggio Calabria 4-7 Settembre tenutosi a Reggio Calabria).
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Utilizza questo identificativo per citare o creare un link a questo documento: https://hdl.handle.net/11573/1665953
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