Terpeni: emissioni e reattività in troposfera

Biogenic Volatile Organic Compounds, or BVOC's, are a class of organic compounds naturally emitted by plants and play a critical role in ecosystems and atmospheric chemistry. Among the most interesting BVOC's are isoprene and terpenes: among the latter ones, of particular interest for this thesis are monoterpenes and sesquiterpenes. The objective of this work is to analyze the variability in the emission of terpenes and the factors that influence their emission. A general overview of BVOC's is also provided, highlighting their environmental importance and explaining their characteristics and sources. For a proper assessment of the environmental impact of BVOC's, it is necessary to emphasize that such emissions can contribute to the formation of secondary organic aerosols, or SOA's, with significant implications for both air quality and climate. For this reason, a study conducted in Clark County (Nevada) is reported: in this study the surface of the county has been divided into different soil classes, and for each of them, the organic emissions produced by the vegetation were sampled. Subsequently, the close relationship between temperature variations and biogenic emissions was investigated. Based on one research conducted on four different plant species, emissions at ambient temperature and under thermal stress were analyzed, focusing on how emission variation is also dependent on terpene storage methodologies. Specialized structures, such as trichomes and resin ducts, may show different responses to temperature increases, influencing the release of molecules. Finally, the reactions of BVOC's in the atmosphere are analyzed. Their oxidation by OH•, NO3•, and O3 is discussed, and how these reactions can lead to formation of SOA's. The importance of understanding the dynamics of BVOC reactions in the atmosphere is emphasized, as aerosol formation has significant implications for air quality, human health, and global climate.

I composti organici biogenici volatili, o BVOC (Biogenic Volatile Organic Compounds), costituiscono una classe di composti organici emessi naturalmente dalle piante e giocano un ruolo cruciale negli ecosistemi e nella chimica atmosferica. Tra i BVOC più interessanti ci sono l’isoprene ed i terpeni, tra cui i monoterpeni ed i sesquiterpeni, su cui questa tesi si è concentrata. Obiettivo di questo lavoro è analizzare la variabilità delle emissioni di terpeni ed i fattori che le influenzano. Viene inoltre fornita una panoramica generale sui BVOC, sottolineandone l’importanza ambientale e spiegandone le caratteristiche e le fonti. Per una corretta valutazione dell’impatto ambientale dei BVOC è necessario sottolineare che tali emissioni possono contribuire alla formazione di aerosol organici secondari, o SOA (Secondary Organic Aerosol ) con implicazioni significative sia per la qualità dell’aria che del clima. Per questo motivo, è stato riportato uno studio condotto nella contea di Clark (Nevada), la cui superficie è stata suddivisa in differenti classi di suolo, e per ciascuna di esse sono state campionate le emissioni organiche prodotte dalla vegetazione. Successivamente è stata approfondita la stretta relazione che intercorre tra variazioni di temperatura ed emissioni biogeniche. Basandosi su una ricerca condotta su quattro specie differenti di piante sono state analizzate le emissioni a temperatura ambiente e in stato di stress termico, soffermandosi su come la variazione di emissione sia anche dipendente delle metodologie di stoccaggio di terpeni. Le strutture specializzate, come tricomi e dotti resiniferi, possono mostrare diverse risposte all’aumento della temperatura, influenzando il rilascio di molecole. Infine, vengono analizzate le reazioni dei BVOC nell’atmosfera. Si discute la loro ossidazione da parte di OH•, NO3• e O3, e come queste reazioni possano portare alla formazione di SOA. Viene sottolineata l’importanza di comprendere le dinamiche delle reazioni dei BVOC in atmosfera, poiché la formazione di aerosol ha rilevanti implicazioni per la qualità dell’aria, salute umana e clima globale.