Analisi dell'efficienza e della variabilità spaziale dell'alcalinizzazione artificiale del Mar Mediterraneo con modelli 1D e 3D

Since the Industrial Revolution, human activities have released more than 2400 Gt of carbon dioxide (CO2) into the atmosphere, causing an increase in its concentration (about +50% compared to pre-industrial levels), resulting in an increase in the Earth's radiant forcing and ocean acidification. Following the 2015 Paris Agreement, the international goal was set to limit global warming to well below 2°C. To achieve this result, it will be necessary to use techniques for the active removal of atmospheric CO2. Among the most promising technologies, much attention has been paid to the Artificial Ocean Alkalinization (AOA) which allows both to counteract climate change and ocean acidification. The purpose of the following thesis is to study, using a joint NEMO-BFM model, the effectiveness of different alkalization scenarios. Initially, the variation of the alkalization efficiency as a function of the depth in the water column was studied using a 1D model. In this regard, it was found that, in a medium-long term scenario, the depth of alkalinity input within the OML (Ocean Mixed Layer) is independent in terms of efficiency, while a discharge below it determines a rapid decay. Subsequently, a three-dimensional geographical analysis, based on publicly available alkalinization scenarios for the Mediterranean Sea, was conducted, to identify the areas where the alkalization process is favored or disadvantaged by local conditions. The results suggest that to maximize the absorption of atmospheric CO2 it would be preferable to reduce the discharge of lime in areas where other large sources of alkalinity coexist, increasing it, instead, in areas characterized by the presence of cyclonic vortices associated with deep water formation. The analysis also highlights a reduction in the efficiency of alkalization in areas with higher sea temperature.

A partire dalla rivoluzione industriale gli esseri umani hanno immesso in atmosfera più di 2400 Gt di anidride carbonica (CO2), causando un incremento della sua concentrazione in atmosfera (circa +50% rispetto ai livelli preindustriali), con conseguente aumento sia della forzante radiante terrestre che dell’acidificazione degli oceani. In seguito all’Accordo di Parigi del 2015, a livello internazionale è stato fissato l’obiettivo di limitare il riscaldamento globale ben al di sotto dei 2°C. Per raggiungere questo risultato sarà necessario utilizzare tecniche per la rimozione attiva della CO2 atmosferica tramite emissioni negative. Tra le tecnologie più promettenti, crescente attenzione è riservata all’alcalinizzazione artificiale degli oceani (Artificial Ocean Alkalinization, AOA) che permette sia di combattere il cambiamento climatico sia di contrastare l’acidificazione dei mari. Lo scopo della seguente tesi è quello di studiare, utilizzando un modello combinato NEMO-BFM, l’efficacia di diversi scenari di alcalinizzazione. Inizialmente è stata studiata la variazione dell’efficienza di alcalinizzazione in funzione della profondità nella colonna d’acqua utilizzando un modello 1D. A tal proposito si è concluso che, in uno scenario di medio-lungo termine, la profondità di immissione di alcalinità all’interno dell’OML (Ocean Mixed Layer) è indifferente in termini di efficienza, mentre uno scarico al di sotto di esso ne determina un rapido decadimento. Successivamente, è stata effettuata un’analisi geografica tridimensionale basata su scenari di alcalinizzazione per il Mar Mediterraneo pubblicamente disponibili, per identificare le zone in cui il processo di alcalinizzazione è favorito o sfavorito dalle condizioni locali. I risultati suggeriscono che per massimizzare l’assorbimento di CO2 atmosferica sarebbe preferibile ridurre lo scarico di idrossido di calcio nelle aree in cui coesistono altre grandi fonti di alcalinità, aumentandolo, invece, nelle zone caratterizzare dalla presenza di vortici ciclonici associati a deep water formation. L’analisi evidenzia, altresì, una riduzione dell’efficienza di alcalinizzazione nelle zone con maggiori temperature del mare.