1. ENVIRONMENT including
climate change
Palermo, 7-9 settembre 2009
INTERAZIONE
AMBIENTE - BENI CULTURALI
Cristina Sabbioni
Istituto di Scienze dell’Atmosfera e del Clima (ISAC)
Consiglio Nazionale delle Ricerche

2. Ricerca di base, applicata e
tecnologica
L’Italia ha partecipato e ha coordinato
Progetti finanziati dalla Commissione Europea
nei PQ di Ricerca sin dal 1° PQ, nei Programmi
Environment (FP2), STEP (FP3), Environment
and Climate (FP4)…..Environment (including
climate change) (FP7)
C. Sabbioni, CNR - ISAC, Bologna Palermo, 9 Ottobre 2009

3. Principali tematiche sviluppate
Microclima in ambienti interni, esterni e
semiconfinati
Interazione dell’inquinamento atmosferico
con i materiali che caratterizzano il
patrimonio culturale
Impatto dei cambiamenti climatici sui beni
culturali
C. Sabbioni, CNR - ISAC, Bologna Palermo, 9 Ottobre 2009

4. Microclima in ambienti interni: strumentazione e procedure
Obiettivo: fornire soluzioni per
il controllo del microclima al Museo S. Croce, Firenze
fine di garantire idonee
condizioni di conservazione di
oggetti, superfici e strutture
22
21 concerts
20
Temperature (°C)
19
18
17
16
15
14
13
70
19/3/09 21/3/09 23/3/09 25/3/09 27/3/09
Relative Humidity (%)
65
60
55
50
45
40
35
30
19/3/09 21/3/09 23/3/09 25/3/09 27/3/09
Cattedrale Santiago di Compostela
Obiettivo: comprendere i
problemi generati da
condizioni microclimatiche
non idonee, che producono
danno irreversibile ai materiali
Cimabue’s Cross
C. Sabbioni, CNR - ISAC, Bologna Palermo, 9 Ottobre 2009

5. Determination of Conditions to Prevent
Weathering due to Condensation, Particle
Deposition and Micro-organism Growth
on Ancient Stained Glass Windows with
Protective Glazing
Obiettivo
Correlare il degrado delle vetrate con le variabili
fisiche , chimiche e biologiche caratterizzanti il
microclima sia indoor che outdoor al fine di:
!Comprendere i meccanismi di corrosione
!Identificare idonee soluzioni di protezione
!Fornire metodologie di buone pratiche
EC Project VIDRIO
C. Sabbioni, CNR - ISAC, Bologna Palermo, 9 Ottobre 2009

6. Grotte di Lascaux: monitoraggio microclimatico
Misure microclimatiche (Tair, Tsurface,Tstone, RH e vento) finalizzate
all’identificazione delle cause che favoriscono la crescita microbiologica
Condizioni microclimatiche
estreme
RH ~100%
T ~ 12-13°C
13°C
C. Sabbioni, CNR - ISAC, Bologna Palermo, 9 Ottobre 2009

7. Controllo remoto del microclima in ambienti interni
(Musei, Gallerie, Edifici storici, Chiese, Biblioteche, Archivi)
• Misure automatiche
IN SITU
• Misure manuali
• Trasmissione dati GSM
WEB SITE
• Elaborazione dati
www.isac.cnr.it/musa
• Invio informazioni ai gestori
C. Sabbioni, CNR - ISAC, Bologna Palermo, 9 Ottobre 2009

8. Monitoraggio a distanza dello stato di
conservazione delle opere d’arte
In collaborazione con
Istituto per i Beni Artistici, Culturali e
Naturali
Regione Emilia-Romagna
• Galleria Ricci Oddi di Piacenza
• Museo di Storia Naturale di Ferrara
• Pinacoteca Civica di Bagnacavallo (RA)
Musei che fanno parte della rete (giugno 2009): • Pinacoteca Civica di Forlì
• Collezioni Comunali d’Arte di Bologna • Rocca Sanvitale di Fontanellato (PR)
• Museo della Città di Ravenna • Galleria d’Arte Contemporanea di Santa
• Casa Marino Moretti di Cesenatico (FC) Sofia (FC)
• Archivio Storico di Terra del Sole (FC) • Basilica Santo Stefano di Bologna
• Museo Civico di Argenta (FE) • Museo della Città di Rimini
• Monastero di S. Antonio in Polesine di Ferrara • Palazzo Schifanoia di Ferrara
• Fondazione Tito Balestra di Longiano (FC) • Galleria Parmiggiani di Reggio Emilia
• Museo Civico Archeologico di Verucchio (RN) • Museo Storico Archeologico di
• Museo Mambrini di Galeata (FC) Santarcangelo (RN)
Obiettivo: controllo in continuo, mirato allo stato di conservazione delle singole opere
C. Sabbioni, CNR - ISAC, Bologna Palermo, 9 Ottobre 2009

9. Monitoraggio a distanza in ambienti esterni:
monumenti, complessi storici e aree archeologiche
• Profilo microclimatico
• Gas e particolato atmosferico
• Aerosol biologico
• Impatto ambientale
• Processi di degrado dei materiali
Mnajdra Hagar Qim
Progetto Templi Megalitici di
Malta
Obiettivo: monitoraggio dell’impatto dei parametri ambientali su monumenti all’aperto
C. Sabbioni, CNR - ISAC, Bologna Palermo, 9 Ottobre 2009

10. Monitoraggio in aree urbane
PORTE DI GHIBERTI E PISANO
Porta Sud
100
Porta Nord: Ingresso visitatori
PTS 2
R = 0,9998
80
60
Summer
(ug/m )
3
Monitoraggio multiinquinanti: 40
Autumn
Winter
Gas: SO2, NOx, O3 20
Particelle: Frazione solubile e carboniosa 0
0 20000 40000 60000 80000 100000
Monitoraggio biologico Seasonal visitors
C. Sabbioni, CNR - ISAC, Bologna Palermo, 9 Ottobre 2009

11. Interazione ambiente – beni culturali
Diversi materiali esposti a differenti condizioni atmosferiche
MATERIALI
- Materiali lapidei:
PARAMETRI Marmo
Calcare
- Gas (SO2 , NOx,..) Arenaria
Malte
- Particelle INTERAZIONE Mattoni
- Spray marino Rocce argillose
- Precipitazioni - Metalli:
- Temperatura Ferro
- Umidità Relativa Bronzo
- Vento Rame
Piombo
Zinco
- Vetro
C. Sabbioni, CNR - ISAC, Bologna Palermo, 9 Ottobre 2009

12. Interazione ambiente - beni culturali
in aree urbane
Nanjing, Cina
FORMAZIONE DI CROSTE NERE
! Solfatazione da SO2
- Trasformazione del carbonato di
calcio in gesso
- Deposizione particelle carboniose
- Aree protette dal dilavamento
dell’acqua piovana
! Gesso solubile
- Aree dilavate possono apparire
bianche
White Tower, Londra
C. Sabbioni, CNR - ISAC, Bologna Palermo, 9 Ottobre 2009

13. CARBONIO NELLE CROSTE NERE
TC = CC + EC + OC NCC
Substrato !Deposizione atmosferica
lapideo !Weathering biologico
!Trattamenti superficiali
Particelle emesse dai
processi di combustione
EC Project CARAMEL
Traccianti delle emissioni da sorgenti fisse e mobili
Ghedini et al., EST (2006)
C. Sabbioni, CNR - ISAC, Bologna Palermo, 9 Ottobre 2009

14. Monumenti Europei : strati di degrado
(pietre carbonatiche)
Substrato
SAMPLES CALCITE (%) GYPSUM (%) EC (%) OC (%) OTHERS (%)
OC prevale sui
MILAN 3,92 76,35 1,66 0,67 17,41
MILAN 4,08 93,37 1,12 0,51 0,92
monumenti nelle
MILAN 7,92 70,83 1,57 0,57 19,11
MILAN 6,08 76,63 1,35 0,19 15,75
FLORENCE 1,00 64,28 0,46 0,68 33,58
città europee
FLORENCE 16,33 51,62 0,26 0,60 31,19
100% FLORENCE 4,42 63,98 0,63 1,06 29,91
VENICE 12,08 65,79 1,34 0,62 20,17
90%
VENICE 4,83 53,32 1,80 2,02 38,03
80% VENICE 1,33 81,31 0,77 0,66 15,92
70% VENICE 5,67 52,81 1,48 2,57 37,48
ROME 4,17 62,44 1,28 1,55 30,57
60%
ROME 0,08 65,34 0,93 1,16 32,48
Dovuto a
OC (%)
50% ROME 6,75 24,05EC (%) 2,06 3,07 64,07
PARIS 2,75 68,79 1,79 2,72 23,95
40%
30%
SEVILLE 8,08 50,45 traffico
0,46 3,11 37,90
SEVILLE 6,58
20% LONDON 11,33
53,59
60,12
veicolare
0,60
1,11
2,21
Progetto CNR
2,17
37,02
25,26
10% LONDON
LONDON
25,75
17,50
42,48
9,40
0,69
0,08
Mobilità 29,39
1,69
0,67 72,35
0,21Sostenibile23,98
0%
FLORENCE
LONDONPARIS
ROME
48,75 LONDON25,45
SEVILLE
1,61
LONDON
Bonazza et al. Atmos. Env. (2005) 5,92 60,92 0,95 2,10 30,12
C. Sabbioni, CNR - ISAC, Bologna Palermo, 9 Ottobre 2009

15. Guerra del Golfo – Effetto sui Beni Culturali in
Iran dell’incendio nel 1991
dei pozzi petroliferi in Kuwait
Persepoli
Primavera 1991: bruciarono
~4.6 milioni di barili di olio al
giorno
Bishapour
……………un problema complesso…………….
C. Sabbioni, CNR - ISAC, Bologna Bonazza et al., EST (2007) Palermo, 9 Ottobre 2009

16. Valutazione impatto multinquinanti
sul patrimonio costruito moderno e contemporaneo
Centennial Hall, Polonia
Progetto EPISCON - European Ph.D. in Science for Conservation
C. Sabbioni, CNR - ISAC, Bologna Palermo, 9 Ottobre 2009

17. Vulnerabilità dei materiali da costruzione
dipende dalla composizione e dalla porosità
Reattività verso SO2: test laboratorio
3000
S tot (!g/cm )
2
2000
1000
0 carbonate stones lime mortar pozzolan mortar cement mortar
(mean)
malta cementizia la più reattiva !
C. Sabbioni, CNR - ISAC, Bologna Palermo, 9 Ottobre 2009

18. FORMAZIONE DI GESSO SU CEMENTO
SO2
Atmosfera
gas SO4=
Catalizzatori aerosol
Cementizia degrado
SO4=
Strato di
SO3 =
GESSO
Catalizzatori materiale
CARBONATO DI CALCIO
ALLUMINATI DI CALCIO
SILICATI DI CALCIO
Malta
C. Sabbioni, CNR - ISAC, Bologna Palermo, 9 Ottobre 2009

19. PRODOTTI SECONDARI DI DEGRADO
Gesso + Alluminato di calcio
ETTRINGITE
3CaO·Al2O3·3CaSO4·31H2O
Gesso + Silicato calcio
TAUMASITE
Sabbioni et al., Atmos. Env. (2001)
CaSiO3·CaSO4·CaCO3·15H2O
C. Sabbioni, CNR - ISAC, Bologna Palermo, 9 Ottobre 2009

20. PRODOTTI SECONDARI DI DEGRADO:
MALTE IDRAULICHE NEL BACINO DEL
MEDITERRANEO
100%
80%
concentration
60%
40%
20%
0%
G3 G7 G8 G9
SOLUBLE
sam ple
INSOLUBLE
VILLA DOMITIA, GIANNUTRI (ITALY)
JUPITER TEMPLE, DAMASCUS (SIRYA)
100%
80%
concentration
60%
40%
20%
0%
PTR6 PTR14a PTR14b
SOLUBLE
MEKAWER FORTRESS (JORDAN) INSOLUBLE
sam ple
PETRA (JORDAN)
EC Project PRODOMEA
C. Sabbioni, CNR - ISAC, Bologna Palermo, 9 Ottobre 2009

21. 10-15 nm
Test di laboratorio ETTRINGITE
FORMAZIONE
ETTRINGITE
FRATTURA DA ESPANSIONE DISSOLUZIONE /DECOMPOSIZIONE
/
TAUMASITE
FORMAZIONE
Degrado avviene
anche se diminuisce EC Project EDAMM
C. Sabbioni, CNR - ISAC, Bologna
l’SO2 Palermo, 9 Ottobre 2009

22. Interazione ambiente – beni culturali:
oggi e domani
Solfatazione dei materiali carbonatici (marmi, calcari)
decresce e continuerà a decrescere in futuro
EC Project NOAH’s ARK
Need to expanmd this slide…!.
Joakim Langner
C. Sabbioni, CNR - ISAC, Bologna Palermo, 9 Ottobre 2009

23. ENVIRONMENT including climate change
Impatto dei cambiamenti climatici
sul patrimonio culturale
Può diventare un fattore sempre più importante
affrontato per la prima volta nell’ambito del
Progetto EC NOAH’S ARK
Global Climate Change Impact on Built
Heritage and Cultural Landscapes
C. Sabbioni, CNR - ISAC, Bologna Palermo, 9 Ottobre 2009

24. GLOBAL CLIMATE CHANGE IMPACT ON BUILT
HERITAGE AND CULTURAL LANDSCAPES
CNR – ISAC (Italy)
ITAM (Czech Rep.)
UCL (UK) CSIC (Spain)
UEA (UK) NILU (Norway)
KIMAB (Sweden)
EIG (UK)
ICSC (Poland) BMA (Spain)
http://noahsark.isac.cnr.it
C. Sabbioni, CNR - ISAC, Bologna Palermo, 9 Ottobre 2009

25. COME ?
- Selezione dei parametri climatici critici per il
deterioramento del patrimonio culturale
- Estrazione di dati dal General Hadley Model (HadCM3)
relativi ai periodi 1961-1990, 2010-2039 e 2070-2099
- Estrazione di dati dal Regional Hadley Model (HadRM3)
relativi al periodo 2070-2099
- Scenario IPCC SRES A2
- Finestra europea
- Selezione di materiali e modelli di processi di degrado
OBIETTIVO
Mappatura delle aree vulnerabili alle diverse tipologie di
impatto
C. Sabbioni, CNR - ISAC, Bologna Palermo, 9 Ottobre 2009

26. Area e periodi selezionati
Area: finestra Europea
HadCM3
Latitudine : 80.00°N – 25.00°N
Longitudine: 33.75°W – 67.50°E
Longitudine:
23 x 28 punti di griglia
HadRM3
Latitudine: 72°N – 25°N (approx.)
Latitudine:
Longitudine: 34°W – 71°E (approx.)
Longitudine:
109 x 104 punti di griglia
Periodi
– 1961-1990 : Baseline
– 2010-2039 : Vicino Futuro
– 2070-2099 : Lontano Futuro
C. Sabbioni, CNR - ISAC, Bologna Palermo, 9 Ottobre 2009

27. Approccio Metodologico
Selezione di PARAMETRI CRITICI per il deterioramento del
patrimonio culturale costruito
Creazione di un DATABASE su base europea
Produzione MAPPE CLIMATICHE Ulteriore elaborazione dei dati tramite
utilizzo di FUNZIONI DI DANNO
Identificazione AREE Produzione MAPPE DI
DI RISCHIO DANNO
Produzione MAPPE DI RISCHIO e
MULTIRISCHIO
C. Sabbioni, CNR - ISAC, Bologna Palermo, 9 Ottobre 2009

28. DATABASE
Medie mensili, stagionali e annuali dei seguenti parametri:
TEMPERATURA VENTO
Temperatura media, max e min Velocità
Cicli gelo-disgelo Eventi di vento estremi
Shock termico Combinazione vento-pioggia
PARAMETRI LEGATI AL CICLO INQUINAMENTO
DELL’ACQUA Concentrazione di SO2
Precipitazioni
Concentrazione di HNO3
Giorni di pioggia
Eventi di pioggia estrema Concentrazione di O3
Numero di giorni consecutivi di pioggia pH della pioggia
Umidità relativa media, max e min
Shock di umidità relativa
C. Sabbioni, CNR - ISAC, Bologna Palermo, 9 Ottobre 2009

29. !"# # $%&'() (**$
CLIMATE MAPS
HERITAGE CLIMATE MAPS
DAMAGE MAPS
RISK MAPS
THEMATIC PAGES
C. Sabbioni, CNR - ISAC, Bologna Palermo, 9 Ottobre 2009

30. Cicli di umidità relativa =75.5%
(cristallizzazione di sali)
Muratura in mattoni
2070-2099
C. Sabbioni, CNR - ISAC, Bologna Palermo, 9 Ottobre 2009

31. Cristallizzazione di sali
Increas
e
Decrease
.…aumenterà nei prossimi 100 anni in tutta l’Europa
C. Sabbioni, CNR - ISAC, Bologna Palermo, 9 Ottobre 2009

32. Recessione Superficiale
1961-1990
Scenari futuri di recessione
superficiale di rocce
carbonatiche causata da
precipitazione e
concentrazione di CO2
L(!m/anno) =LvR
2070-2099
In Europa Centrale, UK,
Islanda, Penisola Scandinava
e nord della Spagna si avrà il
danno maggiore
(20-30 !m/anno)
C. Sabbioni, CNR - ISAC, Bologna Palermo, 9 Ottobre 2009

33. Recessione Superficiale
1961-1990
2070-2099
Generale aumento (> 6 !m/anno) in
Europa, particolarmente evidente
nelle aree montuose. Il
cambiamento potrà essere > 6
!m/anno nelle zone con una
recessione pari a 20 !m/year
Bonazza et al., STOTEN (2009) Aumento del 30%
C. Sabbioni, CNR - ISAC, Bologna Palermo, 9 Ottobre 2009

34. Stress Termico
Bonazza et al., STOTEN (2009)
Il Bacino del Mediterraneo continuerà ad essere sottoposto al più alto
grado di rischio
Nel vicino e lontano futuro l’Europa Centrale sarà maggiormente a
rischio
C. Sabbioni, CNR - ISAC, Bologna Palermo, 9 Ottobre 2009

35. Ciclo dell’acqua: impatto sulla terracruda
Dimostrato essere la
principale causa di
degrado nel XXI secolo
Precipitazione annuale 2070-2099
Danno strutturale
Erosione
Rigonfiamento delle argille
Fratture per cicli di wetting-
drying
Dissoluzione degli intonaci
C. Sabbioni, CNR - ISAC, Bologna Palermo, 9 Ottobre 2009

36. L’INQUINAMENTO, IN PARTICOLARE IL
PARTICOLATO, E’ LA CAUSA PRINCIPALE DI
DEGRADO DEL PATRIMONIO CULTURALE NELLE
AREE URBANE
I MATERIALI DA COSTRUZIONE MODERNI, COME
IL CEMENTO, HANNO UNA MINORE DURABILITA’
DI QUELLI ANTICHI NEI CONFRONTI
DELL’INQUINAMENTO
L’IMPATTO DEI CAMBIAMENTI CLIMATICI SUGLI
EDIFICI STORICI E SITI ARCHEOLOGICI E’
TUTTORA UNA SFIDA
C. Sabbioni, CNR - ISAC, Bologna Palermo, 9 Ottobre 2009

37. Trasferimento tecnologico
C. Sabbioni, CNR - ISAC, Bologna Palermo, 9 Ottobre 2009

38. DEW SENSOR
C. Sabbioni, CNR - ISAC, Bologna Palermo, 9 Ottobre 2009

39. LIGHT DOSIMETERS
C. Sabbioni, CNR - ISAC, Bologna Palermo, 9 Ottobre 2009

40. LASER
C. Sabbioni, CNR - ISAC, Bologna Palermo, 9 Ottobre 2009

41. Training
C. Sabbioni, CNR - ISAC, Bologna Palermo, 9 Ottobre 2009

42. Una nuova generazione di ricercatori necessita
una preparazione adeguata per
questa area di ricerca
! Sciences and Technologies of the Materials and the Environment for the Protection
of Stained Glass and Stone Monuments, Paris, 1998
! Science and Technology of the Environment for Sustainable Protection of Cultural
Heritage and Cultural Heritage Protection in a Sustainable Society, London, 2002
and 2003
! Innovative technologies and materials for the conservation of monuments, Athens
monuments,
in 2003
! Within FP6 two initiatives were supported with the aim of transferring knowledge
and research results towards professional archaeologists and architects
! The Marie Curie initiative has also been promoted (EPISCON)
! European Master-Doctorate Course on Vulnerability of Cultural Heritage to Climate
Change, Strasbourg, 7-11 September 2009
Change,
C. Sabbioni, CNR - ISAC, Bologna Palermo, 9 Ottobre 2009

43. Comunicazione
l’Italia è stata la promotrice nel
contesto europeo fin dall’inizio
di quest’area di ricerca
C. Sabbioni, CNR - ISAC, Bologna Palermo, 9 Ottobre 2009

44. BOLOGNA 1989
ROME 1997
AACHEN 1998
SANTIAGO 1999
EC CONFERENCE STRASBOURG 2000
CRACOW 2002
LONDON 2004
PRAGUE 2006
LUBLJANA

45. Networking di
Programmi di Ricerca
C. Sabbioni, CNR - ISAC, Bologna Palermo, 9 Ottobre 2009

46. Progetto Europeo ERA NET
European network on Research
Programme applied to the Protection
of Tangible Cultural Heritage
• Coordinamento: Ministero per I Beni e le Attività Culturali, Italia ( MiBAC)
• Partnership di 14 EU Stati Membri
Inizio : 1 ottobre 2008
• CNR attivamente coinvolto www.netheritage.eu
C. Sabbioni, CNR - ISAC, Bologna Palermo, 9 Ottobre 2009

47. Progetto Europeo
European network on Research
Programme applied to the Protection
of Tangible Cultural Heritage
• Primo ERA NET su ricerca e protezione del patrimonio
culturale tangibile
• Primo ERA NET coordinato dall’Italia
C. Sabbioni, CNR - ISAC, Bologna Palermo, 9 Ottobre 2009

48. 15 Partner di 14 Stati Membri
La distribuzione geografica dei
Partner - dal bacino Mediterraneo
all’Area Polare- assicura l’attenzione
ai diversi problemi che interessano
la tutela del patrimonio culturale, sia
per gli aspetti legati alle differenti
condizioni ambientali, che per la
molteplicità delle tipologie di beni
tangibili tipici del patrimonio
culturale europeo.
C. Sabbioni, CNR - ISAC, Bologna Palermo, 9 Ottobre 2009

49. Importanza strategica del coordinamento europeo
nel settore della ricerca applicata alla protezione
del patrimonio culturale tangibile

50. Istituto di Scienze dell’Atmosfera e del
Clima (ISAC)
Adriana Bernardi
Francesca Becherini
Alessandra Bonazza
Paola De Nuntiis
Dario Camuffo
Nadia Ghedini
Chiara Guaraldi
Paolo Mandrioli
Giacomo Moriconi
Izabela Ozga
GRAZIE