AP6 – Ambiente e impatti su ecosistema e salute

Gli obiettivi dell’Area Progettuale

Il programma di ricerca nell’ambito di questa area progettuale ha come obiettivo primario quello di comprendere, per un numero significativo di casi studio, processi e meccanismi di trasferimento di contaminanti convenzionali (metalli pesanti, POPs, radionuclidi, etc.) ed contaminanti emergenti (per es., PBDE, antibiotici, composti farmaceutici di nuova generazione, etc), dall’ambiente (inteso come complesso di matrici atmosfera, suolo, sedimenti, acque interne e di mare) all’ecosistema e all’uomo.
In particolare, si intende studiare i fenomeni di impatto da parte delle diverse specie di contaminanti, con particolare riferimento ai meccanismi biochimici e biofisici (con un approccio fortemente integrato) che determinano e regolano le interazioni tra inquinanti, ecosistema (nella complessità e ai diversi livelli specie-popolazione) e salute umana (con un approccio integrato e sistemico), puntando, in particolare, sulla selezione e l’impiego di sistemi modello, test tossicologici e biomarkers strettamente connessi all’ambiente indagato.
L’approccio che si intende utilizzare è fortemente inter- e multidisciplinare, con un robusto contributo modellistico, finalizzato allo studio di scenari nei diversi ambiti di interesse. In particolare, proprio l’adozione di un moderno approccio modellistico (matematica dei sistemi complessi), dovrebbe permettere di cogliere l’essenza delle reti di interazione tra i diversi processi coinvolti e di identificare possibili approcci per un’opportuna “manipolazione” delle diverse componenti degli stessi. Lo studio dei meccanismi di interazione all’interfaccia dei diversi sottosistemi considerati, nonché dei fenomeni di trasferimento e trasporto dei contaminanti nei diversi comparti, valutandone anche la biodisponibilità e/o bioaccessibilità mediante l’uso dei bioreporter batterici, rappresentano la reale sfida della conoscenza, utile a comprendere il “cosa” e il “come” dall’ambiente può realmente influenzare la salute dell’ecosistema e dell’uomo.

RilievoAmbitoAmbitoPosizionamentoAttivitàAttività
Il rilievo dell’Area Progettuale

L’ampio sviluppo delle attività umane nel campo industriale dal dopoguerra ad oggi, ha comportato, a fronte della creazione di un’economia che posiziona il nostro Paese all’ottavo posto tra gli stati più industrializzati al mondo, un rilevante e complesso fenomeno di contaminazione dell’ambiente con effetti cruciali sulla salute dell’uomo. Un’azione decisa, da parte del governo e dei Ministeri preposti alla tutela dell’ambiente, ha permesso di individuare un numero discreto di aree del territorio italiano caratterizzate da fenomeni di contaminazione importanti e che necessitano rilevanti interventi di recupero. Sono le aree dei cosiddetti Siti di Interesse Nazionale (SIN), caratterizzate da elevato degrado ambientale e da fenomeni di impatto antropogenico di varia origine, sostanzialmente imputabili allo sviluppo di attività industriali di particolare rilievo.
Recentemente, rispetto ad una fase di caratterizzazione ambientale di queste aree, si è resa urgente e necessaria un’azione volta a comprendere fenomeni di impatto specifico sulla salute umana delle popolazioni residenti nelle aree prossime ai siti menzionati. Questi due aspetti, specificatamente legati alla salute dell’ambiente e dell’uomo, sono generalmente “osservati” con un approccio settorializzato e raramente azioni sinergiche sono state realizzate per studiare rapporti causa-effetto in termini di inquinamento e conseguente impatto sulla salute umana delle popolazioni coinvolte. Questa area progettuale ha come obiettivo una complessa e decisa azione di ricerca volta ad una profonda comprensione dei fenomeni di inquinamento ambientale e dei loro risvolti sull’ecosistema e la salute umana, partendo da un numero statisticamente significativo di casi studio. La raccolta di informazioni relative all’impatto dell’inquinamento sulla salute dell’uomo e sull’ambiente è prerequisito essenziale per lo sviluppo di moderne tecnologie nei settori della chimica, della biologia, delle biotecnologie.

Il quadro delle ricerche in ambito internazionale

Negli ultimi anni, uno sforzo importante da parte del sistema ricerca degli Stati Uniti (per es., NIH/NSF, NOAA) è stato volto alla messa a punto di strategie finalizzate alla creazione di Istituti di ricerca tematici focalizzati ad approcci multi- ed interdisciplinari per lo studio di problematiche legate al link tra salute e ambiente.
Grandi esperienze europee sono state sviluppate (in particolare, in ambito europeo già a partire dalle call del 5°FP) in relazione allo studio dell’impatto dell’ambiente terrestre (con particolare riferimento ad aria, acqua e suolo) sulla salute dell’uomo. Ricca e diversificata è la letteratura scientifica che negli ultimi due-tre anni ha sottolineato la necessità di creare sistemi osservativi integrati sulla problematica menzionata e un importante stimolo è stato specificamente offerto dalle azioni inserite nell’ambito della programmazione europea Horizon 2020. E’ pertanto ormai matura ed evidente la necessità a livello nazionale ed internazionale di intraprendere azioni di ricerca efficaci in grado di creare sinergie e nuovi approcci multidisciplinari per la corretta gestione delle risorse dell’ambiente e la tutela della salute, dell’ecosistema e dell’uomo. Tra molti, si citano i progetti europei: The human Exposome project, Helix: High-End cLimate Impacts and eXtremes e HEALs: Health and Environment-wide Associations based on Large population Surveys come i più attivi e affini alle attività che si intende sviluppare nell’ambito di questa area progettuale.

Il quadro delle ricerche in ambito nazionale

La salute, come la definisce la Costituzione dell’Organizzazione Mondiale della Sanità (OMS), è uno stato completo di benessere fisico, psichico e sociale e non la semplice assenza di malattia (1948). Con questa semplice frase l’OMS non solo sancisce il diritto di ogni cittadino ad accedere alle migliori cure disponibili ma obbliga ogni Stato a promuovere la salute e il benessere dei cittadini agendo su fattori ambientali, comportamentali e promuovendo lo sviluppo di scienze che avrebbero aiutato a prevenire patologie genetiche e fisiologiche dovute a fattori biologici e ambientali (Carta di Ottawa, 1986).
Ad oggi, sono stati fatti passi da gigante nella comprensione dell’interazione tra fattori ambientali, comportamentali, genetici e/o fisiologici, ma soprattutto ci si è resi conto che tali fattori non vanno studiati in maniera indipendente tra loro bensì riferiti agli effetti nocivi che l’esposizione può avere sui recettori finali. Nel 1999 all’European Centre for Health Policy è stata definita la Valutazione di Impatto sulla Salute, ovvero una combinazione di procedure, metodi e strumenti con i quali si possono stimare gli effetti potenziali sulla salute di una popolazione, di una politica, piano o progetto e la distribuzione di tali effetti all’interno di una popolazione (ECHP WHO, 1999).
Al momento sono in esecuzione numerosi progetti nazionali volti a gestire informazioni socio-sanitarie ed ambientali per elaborare strategie di sorveglianza su popolazioni esposte: Sentieri (Studio Epidemiologico Nazionale dei Territori e degli Insediamenti Esposti a rischio da Inquinamento); CCM: Metodi per la valutazione integrata dell’impatto ambientale e sanitario (VIIAS) dell’inquinamento atmosferico; ESA del Ministero della Salute; Centro Internazionale di Studi avanzati su Ambiente, ecosistema e Salute umana (CISAS); diagnosi precoce della presenza di tossine algali e lotta a specie invasive dannose per la salute dell’uomo; impatto di antibiotici e sviluppo di geni di antibiotico-resistenze nell’uomo, negli alimenti e in ambiente.

Il posizionamento del CNR

Il CNR, sulla scorta della lunga esperienza maturata negli ultimi anni nell’ambito di questa area progettuale, soprattutto in relazione alle attività dei due progetti interdipartimentali SEBIOMAG e PIAS e dalle azioni legate alla partecipazione al progetto europeo di cooperazione e coordinamento delle attività di ricerca ERA-NET, sta sviluppando una serie di azioni di ricerca in grado di integrare azioni progettuali nell’ambito dei fondi strutturali delle aree di convergenza Programma FESR 2014-2020, dei fondi nazionali PON 2014-2020 e della progettazione europea, in particolare delle Research Infrastructure di Horizon 2020 e COST Action.
L’attività progettuale che si intende sviluppare si caratterizza per una forte complessità ed interdisciplinarietà che vede nel CNR il migliore protagonista possibile grazie alle competenze ed esperienze di numerosi Dipartimenti. E’ proprio sulla scorta di questo che il Dipartimento DTA ha recentemente sottomesso un progetto interdipartimentale (AIES: Ambiente ed impatti su Ecosistema e Salute umana) con il coinvolgimento del Dipartimento DISBA e DIITET. L’integrazione di competenze multidisciplinari, con il coinvolgimento di professionalità altamente specializzate nell’ambito della chimica ambientale, geochimica, geologia, ingegneria, sensoristica, biochimica, biologia molecolare, epidemiologia, medicina, etc. permetterà la realizzazione di una azione coordinata e sinergica volta allo sviluppo di soluzioni ed applicazioni dal forte impatto economico e sociale.

Attività svolte

Le attività realizzate nell’ambito di questa area progettuale sono state numerose, soprattutto in relazione allo studio di processi di impatto di contaminanti tradizionali ed emergenti su ecosistemi acquatici e terrestri in molteplici aree del territorio caratterizzate da rilevanti impatti antropogenici.
Il progetto premiale FAME recentemente presentato dal CNR è focalizzato sul rapporto tra cibo, agricoltura e ambiente ed effetti di diete alimentari sulla salute umana in aree caratterizzate dalla presenza di importanti centri industriali.
Il progetto finanziato dal Ministero della Salute dal titolo Food and environmental safety: the problem of endocrine disruptors rappresenta un punto di riferimento nell’ambito degli effetti delle diete alimentari sulla salute umana. Sono stati inoltre eseguiti, nelle principali aree industriali ed urbane del Paese, numerosi studi di valutazione di impatto ambientale relativi alla matrice aria per stimare, tra l’altro, le proprietà di rimescolamento della bassa atmosfera nel determinare la criticità degli eventi ed il loro impatto sulla salute delle popolazioni esposte.
Numerose sono le ricerche su alimenti biofortificati e funzionali in grado di svolgere un ruolo importante nella prevenzione di diverse patologie croniche, tumorali e degenerative. Sono inoltre attivi progetti di ricerca su individuazione e diagnosi precoce dello sviluppo di tossine algali in ecosistemi lacustri (SISTO, BLASCO, STRADA), sullo sviluppo di antibioticoresistenze e interazioni con il microbioma umano e animale (IZSVE, EU COST Nereus, Lifewatch Mobilab).
Sono in corso studi sull’uso innovativo dei geomateriali per il benessere e la salute. Il progetto Interdipartimentale AIES: Ambiente ed impatti su Ecosistema e Salute umana rappresenta una delle ultime azioni volte all’integrazione di un ampio spettro di competenze che sul tema dell’ambiente e della salute mira a creare moderni ed innovativi approcci concettuali nonché offrire soluzioni concrete ed efficaci.

Le attività previste

Gli obiettivi previsti nell’ambito di questa area progettuale prevedono lo sviluppo delle seguenti attività di ricerca:

  • Studio dei processi fisico-chimici e fotochimici dei principali inquinanti convenzionali ed emergenti nelle diverse matrici ambientali e alle interfecce (aria-acqua-suolo etc.) e analisi dei meccanismi di contaminazione (comportamento delle specie chimiche nei diversi comparti, distribuzione, dispersione, etc.) dell’ambiente con effetti diretti e indiretti sull’ecosistema e la salute umana. Ottimizzazione di conoscenze e modelli legati a processi e materiali geologici.
  • Studio chimico-fisico nei diversi comparti, nonché analisi delle interazioni con il comparto biologico e microbiologico, all’interfaccia delle diverse matrici, per affinare e in taluni casi creare approcci integrati (chimici, fisici e biologici) utili allo sviluppo di innovativi sistemi multi-parametrici di monitoraggio e quindi alla decontaminazione e bonifica per il recupero ambientale di ampie aree del territorio. Confronto statistico della frequenza di geni resistenti agli antibiotici e di taxa batterici; analisi di diversi substrati (microplastiche, organismi planctonici) per lo sviluppo di batteri patogeni e di antibiotico-resistenze.
  • La sistematica per una comparazione delle diverse forme legislative di tutela del territorio e benessere delle popolazioni nei vari paesi europei ed extra-europei, associate allo studio dei meccanismi che stanno alla base del trasferimento di contaminanti nei diversi comparti, offrirà approcci innovativi per lo sviluppo di politiche integrate di rispetto ambientale e tutela della salute umana. Una struttura interpretativa e previsionale di tipo modellistico permetterà un’appropriata integrazione dei numerosi temi di indagine e permetterà di ottenere una visione più complessa per l’esplorazione, la valutazione e il controllo delle interazioni tra impatto antropogenico e riposta dell’ecosistema, in termini fisiologici, biochimici e molecolari.

AP7 – Interoperabilità e accesso ai dati

Gli obiettivi dell’Area Progettuale

  • Aprire l’accesso ai dati e realizzare l’interoperabilità dei sistemi informativi esistenti attuando le linee strategiche dell’Ente e della Commissione Europea.
  • Creare sinergie e razionalizzare la gestione e l’utilizzo dei dati e delle informazioni per la ricerca nel settore delle Scienze della Terra e del monitoraggio Ambientale.
  • Recuperare l’enorme patrimonio di dati ancora in formato cartaceo (es. meteo-idrologici) attraverso metodiche standard di digitalizzazione.
  • Sviluppare metodi e modelli di armonizzazione di grandi moli di dati eterogenei.
  • Sviluppare l’interoperabilità dei dati e dei sistemi con un approccio distribuito tra gli Istituti e definendo in modo collaborativo: policies, best practice, standard e interoperability agreement.
  • Sviluppare una base di conoscenza che leghi le pubblicazioni ai dati e ai gruppi di ricerca nel settore della Scienza del Sistema Terra ed il monitoraggio ambientale.
  • Rafforzare il ruolo dell’Ente, ad ogni livello, nell’aree tematiche della Data Science e della Interoperabilità per costruire grandi infrastrutture digitali (e-infrastructure) per la ricerca, es.: operational Copernicus services, ICSU Future Earth, ESFRI, H2020 EraPlanet, SeaDataNet, EMODnet, GEOSS Flagships (GEO BON, GEO GNOMES, GEOSS Blue Planet, GEO Cold Regions, etc.), US NSF Earth Cube, etc.
  • Contribuire ai GdL internazionali sull’Open Access, il Data Management e la Interoperability promossi da iniziative internazionali quali: RDA, Belmont Forum, AGU, EGU, OGC, IEEE, Science Europe, SCAR, NSF Earth Cube, Eye-on-Earth, EERA – JPGE, etc.
  • Facilitare gli Istituti a rispondere alle call H2020 della Commissione Europea su tutte le Societal Challenges, con particolare attenzione ai settori: climate action, environment, resource efficiency and raw materials, food security, sustainable agriculture and forestry, marine and maritime and inland water research and the bioeconomy, secure, clean and efficient energy, health, demographic change and wellbeing.
RilievoAmbitoAmbitoPosizionamento
Il rilievo dell’Area Progettuale

L’importanza di quest’area deriva dalle nuove sfide che deve affrontare la ricerca scientifica sia di base che applicata:

  • Science 2.0. Science in transition Science 2.0 è un’iniziativa lanciata dalla Commissione Europea (DG: Research and Innovation e Communication Networks, Content and Technology) per descrivere l’evoluzione in corso nel modus operandi per fare ricerca e organizzare la Scienza. Questi cambiamenti nella dinamica della Scienza e della Ricerca sono dovuti all’avvento delle nuove tecnologie digitali e della globalizzazione della Comunità scientifica, fattori essenziali per rispondere alla domanda crescente, da parte della Società, di affrontare i grandi temi della ricerca legata ai cambiamenti globali e alla gestione delle risorse idriche e ambientali.
  • Fourth Paradigm della Scienza. Oggi la gran parte della conoscenza potenziale contenuta nell’enorme quantità di dati raccolti rischia di andare perduta. Occorrono gli strumenti adatti per trovare in maniera automatica l’ago della conoscenza nel pagliaio dei dati. Siamo già nell’era della Big Data Science, ma nel futuro prossimo la Data-Intensive Science sarà sempre più importante. Questo vale per tutti i settori scientifici e in particolare per quelli che generano e utilizzano grandi moli di dati come le Scienze della Terra, includendo la digitalizzazione di dati storici e l’armonizzazione di dati provenienti da sensori diversi.
  • Open Science movement. Questo movimento internazionale mira a rendere la ricerca scientifica, i suoi dati, e la disseminazione dei risultati accessibile a ogni livello della Società. Il CNR, insieme ad altri Enti di ricerca prestigiosi, ha sottoscritto la Dichiarazione di Berlino per l’accesso aperto alla letteratura scientifica e più recentemente un “Position statement sull’accesso aperto ai risultati della ricerca scientifica in Italia, in linea con la Commissione Europea (vedi la Raccomandazione sull’accesso all’informazione scientifica e sulla sua conservazione del 17/07/2012).
Il quadro delle ricerche in ambito internazionale

La Commissione Europea sta già andando oltre l’Open Access verso il più inclusivo approccio dell’Open Science. Un’importante novità di Horizon 2020 sono gli Open Research Data Pilot, per migliorare e massimizzare l’accesso e il riuso dei dati della ricerca e dei relativi software. L’iniziativa Open Research Data Pilot copre aree tematiche importanti quali: Climate Action, Environment, Resource Efficiency and Raw materials e Secure, Research Infrastructure e Clean and Efficient Energy – part Smart cities and communities.
L’iniziativa internazionale GEOSS (Global Earth Observation System of Systems), che vede coinvolti la Commissione Europea e altri 99 governi tra cui quello Italiano, ha da tempo promosso lo sviluppo della GEOSS Common Infrastructure (GCI) per la condivisone dei dati e delle informazioni sui Cambiamenti Globali. Inoltre GEOSS include un set di raccomandazioni per il Data Management, il Data Sharing, e l’Open Architecture di ogni sistema informativo che voglia contribuire. Infine GEOSS promuove la costruzione di sistemi tematici globali (Flagship) in aree diverse es. biodiversità, mare, laghi, clima, regioni fredde, etc. Analoghe iniziative per progettare e costruire infrastrutture digitali di condivisione dati e conoscenza nel settore delle Scienze della Terra e per il Monitoraggio Ambientale sono state promosse da numerosi programmi internazionali, tra i quali: EU INSPIRE, EU Copernicus operational services, EC ESFRI (European Strategy Forum on Research Infrastructures) programs, EMODnet, COCONET, ADRIPLAN, MyOcean, Jerico, LifeWatch, US NSF Earth Cube, US Data.gov, UK Data.gov, US NSF Data One, Belmont Forum (e-Infrastructure and Data Management project), ICSU Future Earth, UNEP-Live, Eye-on-Earth, etc.
La nuova Comunità della Data Science ha promosso network internazionali quali: Research Data Alliance (RDA), International Society for Digital Earth (ISDE), Earth and Space Science Informatics (ESSI), UN-GGIM, etc.

Il quadro delle ricerche in ambito nazionale

Sulle tematiche dell’Open Access, Data Management e Interoperability nel settore delle Scienza del Sistema Terra e del Monitoraggio Ambientale, l’eredità dell’attività pionieristica intrapresa dal CNR con il progetto interdipartimentale GIIDA (2008-2010) è stata raccolta, in particolare, da due progetti tematici, coordinati dal CNR: il progetto d’interesse nazionale NextData (sugli ecosistemi montani e marini) e il progetto bandiera RITMARE (sulla ricerca marina) e in parte dal Progetto PITAGORA, finanziato con il contributo POR/FESR 2007/2013 (Innovazione e PMI della Regione Piemonte) in ambito lacustre, premiato allo SMAU e all’E GOV 2015. In RITMARE.
Il CNR è il referente per il Ministero Agricoltura per il programma nazionale raccolta dati alieutici, a valenza nazionale e comunitaria. Più recentemente, l’approccio architetturale distribuito e mediato proposto per la prima volta da GIIDA è stato ripreso dai progetti Nazionali: ARCA (Arctic Present Climate Change and Past Extreme Events), IADC (Italian Arctic Data Center -Sistema Gestione Dati Artici Italiani), Infrastruttura Distribuita per la Condivisione e Pubblicazione dei Dati PNRA. L’applicazione dello stesso approccio ha portato alla collaborazione tra CNR e ISPRA (in particolare, ARPA Emila Romagna) per realizzare la piattaforma WMO Italia per la condivisione e interoperabilità in tempo quasi reale di dati e informazioni per lo svolgimento dei servizi di idrologia operativa. GIIDA nel settore dell’interoperabilità, supportata dalla Commissione Europea, contribuendo con successo all’adozione di un approccio mediato per il data sharing in GEOSS. Stesso approccio filosofico che sta alla base della collaborazione tra alcuni dei principali EdR Nazionali (CNR, INFN, INAF, INGV) sulle tematiche dell’Open Access e dell’interoperabilità tra sistemi informativi. CNR-DTA e INFN rappresentano l’Italia nel Research Data Access WG dell’Associazione internazionale Science Europe.

Il posizionamento del CNR

Il CNR da alcuni anni svolge un ruolo importante sui temi dell’Open Access, Data Management e Interoperabilità per le Scienze della Terra ed il Monitoraggio Ambientale. I principali contributi del CNR sono elencati, distinguendo tra infrastrutture/iniziative multidisciplinari e tematiche.

Infrastrutture e iniziative multidisciplinari

  • GEOSS Common Infrastructure (GCI): responsabile della componente chiave di tale infrastruttura, il Discovery and Access Brokering (DAB) framework.
  • US NSF Earth Cube: co-PI di uno dei progetti per la costruzione dell’infrastruttura, BCube project.
  • EC ESFRI: partner del progetto ENVRIplus che mira a costruire un cluster interoperabile di infrastrutture per la ricerca in Europa.
  • EC FP7/Horizon 2020:
    • coordinatore di ENERGIC-OD per realizzare Virtual Data Hub in Europa e sviluppare App innovative basate su dati aperti
    • partner di OpenAire2020 che promuove l’Open Scholarship;
    • partner di ConnectinGEO per coordinare i network esistenti sull’Osservazione della Terra in Europa;
    • partner di BYTE (Big data roadmap and cross-disciplinarY community for addressing socieTal Externalities)
  • H2020 ERAnet: coordinatore di ERAPlanet, il network Europeo per coordinare l’Osservazione della Terra e affrontare i Cambiamenti Globali.

Infrastrutture e iniziative multidisciplinari tematiche

  • Iniziative e flagship GEOSS:
    • coordinatore dell’iniziativa GMOS (Global Mercury Observation System);
    • promotore dell’iniziativa GEO-GNOME (Global Network for Observations and information in Mountain Environments)
  • EC ESFRI: partner dell’iniziativa (ora ERIC) EPOS (European Plate Observing System)
  • EC FP7/Horizon 2020:
  • PNRA: coordinamento dell’infrastruttura dati distribuiti.

{tab Attività svolte} Attività svolte

  • Rafforzare la partecipazione del CNR-DTA nei progetti Horizon 2020 (vedi le linee tematiche: Climate Action, Environment, Resource Efficiency and Raw materials, Secure; Research Infrastructure; Clean and Efficient Energy).
  • Coordinare il framework di brokeraggio della GCI: GEO DAB (Discovery and Access Broker), mantenendo la leadership Europea e Nazionale in ambito GEO.
  • Supportare la Comunità Nazionale Polare sulle nuove infrastrutture digitali nazionali per la condivisione dei dati –inclusa l’attività CNR in EU-Polarnet.
  • Supportare la Comunità Nazionale Idrologica (rafforzandone il ruolo nel WMO) a realizzare il nuovo sistema nazionale per i dati idrologici.
  • Supportare la Comunità Nazionale Vulcanologica e Sismologia sui temi dell’Interoperabilità nei programmi EPOS e GEO Supersites.
  • Rafforzare la presenza Nazionale nei programmi dell’NSF (USA) nel settori delle Scienze della Terra e dell’Infrastrutture digitali (cyber-Infratsructure).
  • Rappresentare il Paese e il CNR, per il tema Open Data e Interoperability, sui tavoli di lavoro internazionali, es.: Belmont Forum, RDA, Science Europe, OGC, INSPIRE, Copernicus, IUGG, GEO BON e EU-BON.
  • Gestire e aprire ai cittadini dati ambientali misurati in tempo reale, attraverso un nuovo sistema d‘acquisizione, trasmissione, archiviazione e restituzione.
  • Continuare l’opera di diffusione culturale dei concetti dell’Open Access, Data Management e Interoperability nel contesto CNR e a livello Nazionale.
  • Valorizzazione del patrimonio informativo geotermico e implementazione della piattaforma geotermica italiana (GIP).
  • Creazione di banche dati interoperabili di dati geologici, idrogeologici e geochimici.
  • Coordinare la raccolta e pubblicazione di dati marini per il Mediterraneo Centrale.
  • Promuovere l’implementazione della Pianificazione dello Spazio Marittimo nel Mar Mediterraneo (coordinamento del Progetto ADRIPLAN e sviluppo di un Portale per la Regione Adriatico-Ionica).

{tab Attività previste} Le attività previste

  • Continuare a supportare il DTA nella partecipazione ai progetti Horizon 2020 (linee tematiche: Climate Action, Environment, Resource Efficiency and Raw materials, Secure, Research Infrastructure, Clean and Efficient Energy).
  • Sviluppare e operare Virtual (data) Hub, nazionali e internazionali, per l’Open Access e la creazione di applicazioni innovative, come opportunità per le PMI e per la creazione di posti di lavoro.
  • Avanzare e operare il framework GEO DAB (2016-2019), rafforzando la posizione Italiana e Europea in GEOSS.
  • Co-leadership della nuova task di GEOSS denominata GEOSS Knowledge Base per realizzare l’Open Science.
  • Contribuire all’ERAnet, coordinata dal CNR, sull’Osservazione della Terra: ERA-Planet, sui temi Data Management e Interoperability.
  • Contribuire all’architettura dei Copernicus services.
  • Coordinare il nodo centrale dell’Infrastruttura Distribuita per la Condivisione e Pubblicazione dei Dati PNRA, che sarà presso il CNR-DTA.
  • Continuare a supportare le Comunità Nazionali nei settori: Polare (es. EU-Polarnet, IADC, ARCA), Idrologia (proposta al WMO) e Terra Solida (es. EPOS, GEOSS Supersites).
  • Rafforzare la Comunità della Ricerca Marina per la gestione e distribuzione di dati in ambito costiero e marino (es. progetto EVER_EST) e la partecipazione a reti e iniziative internazionali (es. SeaDataNet, EMODNet, MyOcean, Jerico, Copernicus Marine).
  • Organizzare infrastrutture di dati automatici e ad alta frequenza di grandezze chimico-fisiche di supporto a dati e modelli ecologici e biologici su vasta scala spaziale e temporale.
  • Sviluppare e dimostrare l’Ecosystem Virtual Research Platform del progetto H2020 ECOPotential, coordinato dal CNR.
  • Collaborare con UCAR/NCAR per le nuove convenzioni CF (Climate and Forecast) per la Comunità della Fisica dei Fluidi.
  • Continuare a rappresentare il Paese e il CNR, rafforzandone il ruolo, sui tavoli di lavoro internazionali per il tema Dati e Interoperabilità.

AP5 – Tecnologie e processi per l’ambiente

Gli obiettivi dell’Area Progettuale

Le tecnologie ambientali orientate alla sostenibilità costituiscono un’importate sfida scientifica e sociale finalizzata a progettare nuovi equilibri ecologici, modificare i modelli di produzione e abbatterne le emissioni (solide, liquide, gassose) dannose, promuovere l’ecoefficienza, ristabilendo elementi di equità economica e sociale. In tale direzione gli obiettivi dell’area progettuale fondano la propria azione sulla capacità di ridurre o eliminare le pressioni all’interfaccia tra antroposfera ed ecosfera, minimizzare  il potenziale impatto delle emissioni inquinanti, valorizzare i rifiuti attraverso il riutilizzo, il riciclaggio ed il recupero sia energetico sia di materie prime seconde, seconde contribuendo all’implementazione di una economia circolare.
In particolare, gli obiettivi dell’area progettuale sono orientati allo sviluppo, trasferimento ed implementazione di soluzioni innovative nei seguenti ambiti:

  • processi, tecniche e metodologie per la caratterizzazione, depurazione ed il riutilizzo dei reflui civili, industriali, navali e per il recupero e la valorizzazione di reflui, fanghi e prodotti di scarto in genere;
  • tecnologie e biotecnologie per la caratterizzazione, messa in sicurezza e bonifica di siti contaminati;
  • tecnologie per il mare;
  • tecnologie per il monitoraggio ambientale e sistemi di allerta;
  • tecnologie per il recupero di energia a partire dalla frazione organica dei rifiuti e da altri residui organici;
  • tecnologie di contrasto agli illeciti ambientali;
  • tecnologie duali per la difesa e l’ambiente;
  • smart technologies applicate alla gestione delle risorse;
  • tecnologie per l’educazione ambientale;
  • tecnologie per la valorizzazione sostenibile delle risorse naturali.

Le tecnologie innanzi richiamate puntando alla creazione di condizioni di maggiore massa critica attraverso meccanismi di ibridazione ed osmosi tra le differenti anime del CNR ma anche con le università, altri enti di ricerca pubblici ed imprese.

RilievoAmbitoAmbitoPosizionamentoAttivitàAttività
Il rilievo dell’Area Progettuale

L’accresciuta consapevolezza che lo sviluppo economico stabile e durevole passa attraverso l’incremento della competitività ispirata a criteri di minore impatto ambientale ed utilizzo sostenibile delle risorse, determina la centralità dei temi legati alle Tecnologie e processi per l’ambiente. In aggiunta ulteriore impulso alla ricerca tecnologica deriva da una regolamentazione ambientale sempre più pervasiva e stringente che apre inediti scenari nei quali la sopravvivenza stessa del sistema industriale in aree antropizzate sembra essere in discussione se non prevedendo idonee tecnologie di ambientalizzazione.
Il Sistema Paese, allo scopo di favorire la crescita economica ed evitare la prospettiva di un’ulteriore de–industrializzazione richiede tempestive misure di policy fondate su solide basi scientifiche fornite dal sistema della ricerca ed implementate dal mondo industriale, generando ulteriori occasioni di crescita. Con tali premesse l’innovazione nel campo delle tecnologie ambientali genera nuove opportunità d’impresa che agiscono sulle leve della competitività attraverso la riduzione dei costi di produzione legata all’utilizzo razionale delle risorse (materie prime, acqua di processo, energia, etc.) ed il contenimento dell’impatto antropico. In tale contesto l’area Progettuale delle Tecnologie e processi per l’ambiente si pone quale elemento di connessione sia per la trasversalità dei temi ambientali che degli approcci tecnologici che privilegiano criteri multi- ed interdisciplinari, in grado di integrare i grandi temi della scienza, della tecnologia e dell’innovazione con le sfide concrete e pragmatiche che il sistema produttivo nazionale ed europeo è chiamato ad interpretare per il rilancio dell’economia.

Il quadro delle ricerche in ambito internazionale

I numerosi interventi finanziari a supporto dell’ecoinnovazione dapprima in ambito ETAP (Environmental Technologies Action Plan) e più recentemente attraverso l’Eco-innovation Action Plan-EcoAP, hanno sostenuto la ricerca internazionale sui temi delle tecnologie ambientali nell’Unione europea generando, anche in ambito CNR, importantissimi risultati di ricerca di livello internazionale. Tali risultati (consultabili su CORDIS), sostenuti da finanziamenti europei sino al Settimo programma quadro per la ricerca e lo sviluppo tecnologico (7PQ) toccano gli ambiti delle tecnologie ambientali, ed offrono interessanti spunti e solide basi di approfondimento scientifico da cui trarre ispirazione ed orientamento. Attualmente EcoAP valorizzando le preziose esperienze maturate, promuove un’ampia gamma di processi, prodotti e servizi ecoinnovativi ricorrendo ai seguenti strumenti finanziari, tra cui: HORIZON2020 con la sfida sociale interventi per il clima, ambiente, efficienza delle risorse e materie prime che si pone come obiettivo il raggiungimento di un’economia e di una società efficienti nell’impiego delle risorse e dell’acqua e resilienti ai cambiamenti climatici, favorendo in particolare il passaggio a un’economia verde attraverso l’ecoinnovazione; LIFE+ in particolare con l’area di finanziamento ambiente ed efficienza delle risorse COSME, programma dell’UE per la competitività delle imprese. In aggiunta, un sostegno alla ricerca e diffusione delle tecnologie ambientali e agli investimenti nell’ecoinnovazione può provenire anche dai Fondi strutturali e dal Fondo di coesione.

Il quadro delle ricerche in ambito nazionale

I numerosi ambiti di ricerca sui temi delle tecnologie ambientali, esplorati a livello europeo, trovano puntuale riscontro in ambito nazionale coerentemente con le politiche strutturali e di coesione che si concentrano sui pilastri economici e sociali dello sviluppo sostenibile, attraverso il consolidamento della crescita, della competitività, dell’occupazione e dell’inclusione sociale.
In tale direzione è possibile proseguire l’incisiva azione che attiene alle attività di ricerca e di trasferimento tecnologico affrontando le sfide legate alla competitività e sostenibilità del sistema produttivo nazionale ed ottenendo risorse finanziarie a valere sulla quasi totalità degli obiettivi tematici definiti dell’Accordo di Partenariato 2014-2020 per l’impiego dei fondi strutturali e di investimento europei.
La pervasività delle tecnologie ambientali consente di ottenere risorse nell’ambito di:

  • Programmi Operativi (PO) Nazionali ed in particolare dei PO che intervengono nei settori dell’Istruzione, della Sicurezza, della Ricerca e Competitività e delle Reti e Trasporti;
  • Programmi Operativi Regionali: multisettoriali e gestiti dalle Amministrazioni Regionali;
  • Programmi di Cooperazione territoriale europea (CTE);
  • Fondo per la crescita sostenibile, gestito dal MISE (in cui il CNR riveste un ruolo chiave) e che comprende anche i temi delle tecnologie ambientali legati all’industria sostenibile;
  • Contratti Istituzionali di Sviluppo (CIS) ossia atti negoziali sottoscritti dal Ministro per la Coesione Territoriale, d’intesa con il Ministro dell’Economia e Finanze e da altre Amministrazioni competenti, volti a sviluppare l’economia ed eseguire interventi prioritari di sviluppo, soprattutto nelle aree svantaggiate e nel Mezzogiorno.
  • Fondi regionali di bilancio autonomo, fondi Ecotassa;
  • Contratti di ricerca con il sistema produttivo.

Il posizionamento del CNR

Il CNR è da tempo impegnato nel settore delle tecnologie ambientali in obiettivi di ricerca, di innovazione tecnologica e prestazione di servizi avanzati nei settori della gestione delle risorse e dello sviluppo economico sostenibile. Il CNR, in particolare, svolge un ruolo attivo in iniziative di ricerca e sviluppo nel settore delle tecnologie ambientali, contribuendo al loro trasferimento ed implementazione al sistema Paese a sostegno dello sforzo europeo di diventare continente leader nella diffusione delle tecnologie ambientali. Il CNR supporta i Ministeri dello Sviluppo Economico, il Ministero dell’Istruzione, dell’Università e della Ricerca ed il sistema industriale nei settori dell’ecosostenibilità degli insediamenti industriali, nella riqualificazione ambientale, nella gestione integrata del ciclo dei rifiuti, nella progettazione degli interventi di bonifica di siti inquinati, negli strumenti di monitoraggio dell’inquinamento atmosferico. Il CNR gestisce numerose collaborazioni nazionali ed internazionali con importanti players impegnati nel settore della ricerca per lo sviluppo di nuove progettualità, promuovendo interazioni e scambi.

Attività svolte

Le numerose progettualità finanziate in ambito europeo, nazionale e regionale hanno prodotto significativi risultati scientifici riferibili agli ambiti di interesse dell’area progettuale. Particolarmente significativi sono i progetti europei Water4Crops, ROUTES, LIMPID, NEXOS, JERICO – CAPACITY, KILL-SPILL, GMOS, STREAMLINE, etc. ed i progetti nazionali tra cui il progetto Bandiera RITMARE, ed i PON e PNR INTERRA, ECOMOS, BIOMOD, TAE, ECOCELL-BWT, M@R-NET, RAISE, IMAGES, WIS, Costellazione PARFAMAR, PITAM, STIGEAC, TESSA, AMICUS, SIGIEC, SusBiorem, etc.
Estremamente significativa è stata l’interazione con il mondo confindustriale e con imprese interessate al trasferimento tecnologico ed all’acquisizione di innovazione al fine di incrementare la propria competitività in ambiti nazionali ed internazionali, Acquedotto Pugliese S.p.A, Bracco S.p.A., CISA S.p.a, Agusta S.p.A., Zanetti Arturo & C. S.r.l., Semeraro S.p.A., Sandoz Industrial Products S.p.A, Veritas S.p.A., etc. In tale direzione particolarmente significativo si è rivelato il Patto CNR-Confindustria per la Ricerca e l’Innovazione siglato il 20/2/2013 che, con le conseguenti azioni di diffusione ed informazione, ha prodotto nel recente passato importanti matching tra ricercatori e mondo industriale determinando l’attivazione di contratti di ricerca e di partenariati d’innovazione. Significativa è l’azione editoriale intrapresa dal DTA sul tema delle Tecnologie ambientali che ha prodotto n.3 monografie sulle tecnologie sostenibili per le bonifiche ambientali.

Le attività previste

L’area progettuale si pone come obiettivo prioritario lo sviluppo di tecnologie ambientali in grado di contribuire a soddisfare la domanda d’innovazione e di alta specializzazione nel settore di riferimento determinando, al contempo, la maturazione di un’offerta di risultati della ricerca che possa connettere catene del valore produttivo per modernizzare la base industriale e migliorarne la competitività, garantendo la conservazione dei servizi ecosistemici. La connotazione tecnologica della presente area progettuale determina un forte orientamento allo sviluppo d’innovazioni che possano coagulare interessi del sistema produttivo italiano, stimolando obiettivi di crescita della competitività aziendale in ambiti nazionali ed internazionali con positivi ricadute economiche ed occupazionali. In tale direzione gli obiettivi della ricerca saranno orientate a rafforzare le basi scientifiche delle tematiche innanzi descritte e riferite alle problematiche più attuali offrendo maggiori spunti per lo sviluppo di innovazioni di natura tecnologica in aree di interesse che comprendono il monitoraggio ambientale, la gestione del ciclo dei rifiuti, la bonifica di siti inquinati, la depurazione ed il riutilizzo dei reflui civili ed industriali mediante sistemi avanzati, la riduzione dell’inquinamento dell’aria, le tecnologie per il mare, il risparmio e la tutela delle risorse naturali ivi compresi i materiali geologici, la produzione eco-sostenibile di energia (anche a partire da scarti di natura organica), salvaguardia delle risorse idriche destinate al consumo umano.
L’impostazione strategica generale della presente area progettuale è quella di promuovere e/o potenziare la costituzione di filiere organizzative/cognitive, nell’ambito delle problematiche affrontate, capaci di migliorare, in termini di sinergia, le relazioni tra attività di ricerca pura, ricerca applicata precompetitiva, trasferimento tecnologico, implementazione industriale ed approccio orientato al mercato ed alla concorrenza. La finalità è di consentire al sistema integrato della ricerca e dell’impresa impegnate nella produzione e nel comparto dei servizi alle imprese ed alle amministrazioni/istituzioni pubbliche, di rilanciarsi in termini competitivi in un mercato globale sempre più aggressivo.

AP4 – Osservazione della Terra

Gli obiettivi dell’Area Progettuale

L’approccio sistemico, che si intende adottare, mira ad affrontare in modo innovativo lo studio dei fenomeni naturali e degli ecosistemi e di sfruttare appieno le potenzialità offerte dall’integrazione dei sensori satellitari di nuova generazione con le altre piattaforme di osservazione (aeree, terrestri, marine) e di reti di sensori delle quali il CNR ha ampia disponibilità.

Obiettivi specifici

  • Sviluppo, ottimizzazione e integrazione di tecnologie OT ottiche, infrarosse, acustiche e a microonde (interferometria radar, radiometria ottica e a microonde, lidar Raman, lidar doppler, radar doppler, sodar, sodar doppler, anemometria sonica).
  • Analisi dei gap scientifici e tecnologici nel settore OT e delle problematiche relative all’integrazione di dati eterogenei (multi-sensore, multi-frequenza, multi-piattaforma).
  • Integrazione delle tecnologie osservative (da satellite, aereo, da alianti e veicoli autonomi marini, terra dal suolo ed in-situ, mare da remoto ed in-situ) con quelle di navigazione e di tecniche ICT (web sensors, grid e cloud computing) per lo sviluppo di prodotti avanzati.
  • Accesso transnazionale alle infrastrutture di ricerca ambientali.
  • Potenziamento della attività di ricerca finalizzata all’analisi di osservazioni sistematiche per lo studio dell’atmosfera e della qualità dell’aria, delle interazioni terra-mare-atmosfera, del sistema marino costiero e profondo, terra solida, suolo, ecosistemi lacustri e biodiversità e di specifici hot spot climatici.
  • Sviluppo di prodotti a valore aggiunto basati su dati OT di nuova generazione (Sentinel) per lo studio di fenomeni e processi connessi ai rischi naturali e antropici.
  • Potenziamento dell’attività di ricerca con tecnologie OT per l’esplorazione e l’investigazione delle risorse energetiche (geotermia, eolico, solare).
  • Potenziamento delle tecnologie OT in regioni strategiche e vulnerabili come le aree Polari (Artico e Antartide), il Mediterraneo, l’Africa sahariana e sub-sahariana ed in altri hot-spot climatici.
  • Sviluppo di missioni satellitari e costellazioni di satelliti a basso costo (micro e nano-satelliti).

RilievoAmbitoAmbitoPosizionamento
Il rilievo dell’Area Progettuale

Si ritiene strategico rafforzare le attività nel settore delle Osservazioni della Terra, in particolare, sviluppare strumenti e metodi innovativi di indagine finalizzati allo studio dei fenomeni ambientali a impatto diretto su clima, rischi, uso sostenibile delle risorse, energia, tutela e gestione degli ecosistemi.
Le tecnologie e metodologie OT sono da considerarsi fattori abilitanti per promuovere innovazione anche in altri settori (sicurezza, mobilità e trasporto, beni culturali, agricoltura e salute). Le tecnologie OT, difatti, si rivelano quale strumento ideale per ricercare soluzioni innovative volte a rispondere ai cinque obiettivi – in materia di occupazione, innovazione, istruzione, integrazione sociale e clima/energia – individuati nella Strategia Europa 2020.
Nei prossimi anni l’enorme sviluppo dei sistemi osservativi (es. nuove missioni satellitari, nuovi sistemi di navigazione e telecomunicazioni satellitari, sviluppo di sensori innovativi per misure in-situ, reti osservative, disponibilità di piattaforme unmanned) aprirà nuovi scenari per lo sviluppo e l’integrazione di metodologie innovative finalizzate allo studio dei fenomeni ambientali.
La principale sfida scientifica da affrontare è la crescita di capacità e competenze nello sviluppo e nell’integrazione di metodologie OT, anche attraverso azioni mirate a favorire l’accesso da parte di un’ampia gamma di utilizzatori, dei settori accademici, industriali e pubblici. Questo consentirà di migliorare le attuali conoscenze dei fenomeni e delle relative dinamiche spazio-temporali. Inoltre, i programmi di accesso transnazionale contribuiranno allo sviluppo di capacità attraverso la mobilità dei ricercatori, elemento portante della costituenda European Research Area. Quest’approccio è pienamente coerente con le linee strategiche dei programmi internazionali GEOSS “Global Earth Observing System of Systems”, Copernicus “The European Earth Observation Programme” e Internet of Things and Internet of Data.

Il quadro delle ricerche in ambito internazionale

Le ricerche nel settore OT in ambito internazionale sono in linea con i programmi internazionali: GEOSS, COPERNICUS, WMO, IOC etc. e traggono beneficio dall’ampio spettro di collaborazioni tra il CNR ed enti ed organismi di ricerca di rilevanza internazionale (es. NASA, NOAA, JAXA, ECMWF, ESA, DLR, EUMETSAT, CNRS, MPG, IFSTTAR).
Nel settore OT un ruolo chiave viene svolto dalle Infrastrutture di Ricerca, soprattutto quelle di rilevanza europea o globali, come quelle ESFRI.IT / ESFRI.EU (European Strategy Forum on Research Infrastructures). Il CNR è coinvolto in collaborazioni in ambito multidisciplinare per lo sviluppo di progetti di ricerca finalizzati alla valorizzazione di contesti significativi di interesse storico e culturale in ambito Mediterraneo.

Il quadro delle ricerche in ambito nazionale

Nel settore OT il CNR ha un consolidato rapporto di collaborazione con il sistema della ricerca pubblica (enti di ricerca, università, consorzi interuniversitari, es. ASI, INGV, OGS, RELUIS, CINFAI, CNISM). Rilevanti sono le attività legate alle iniziative promosse da MATTM, MISE, DPC e dalle Regioni.
IL CNR ha un ampio quadro di collaborazioni con il sistema industriale (es. aziende del gruppo Finmeccanica: E-Geos; Selex Sistemi Integrati; Telespazio) e svolge un ruolo guida in numerosi progetti di ricerca industriale. Tra i principali vi è il progetto SAPERE, approvato nell’ambito del Cluster Nazionale Aerospazio, in cui il CNR è fortemente coinvolto non solo a livello di progetto, ma anche negli organi di coordinamento gestionale e scientifico. Nel progetto PITAGORA, finanziato con il contributo del POR-FESR 2007/2013 della Regione Piemonte, si è realizzato in collaborazione con PMI piemontesi un sistema di acquisizione, trasmissione, archiviazione e restituzione di dati ambientali su piattaforma tecnologica, unico nel suo genere.
In collaborazione con ASI e l’industria, va citato il contributo del CNR alla missione iperspettrale italiana PRISMA, il cui lancio è previsto per la fine del 2017, per lo sviluppo di applicazioni nel campo del monitoraggio ambientale.
Da citare anche le attività di OT del CNR per le indagini sull’evoluzione paesaggistica e ambientale, la valorizzazione e la salvaguardia delle aree di interesse storico-archeologico. Infine vi è una consolidato rapporto di collaborazione con il sistema degli utenti finali (es. Protezione Civile; Regioni ed altre amministrazioni locali) per lo sviluppo di prodotti innovativi al servizio dei Cittadini (Societal Challenges). Tra le iniziative più recenti vi sono quelle nel settore delle Smart Cities e Communities promosse dal MIUR per lo sviluppo sostenibile delle aree urbane relativamente alle politiche energetiche e climatiche ed alle soluzioni tecnologiche da adottare nelle politiche di sviluppo.

Il posizionamento del CNR

Le attività di ricerca del CNR nel campo delle Osservazioni della Terra sono inserite nei programmi internazionali: GEOSS “Global Earth Observing System of Systems” e COPERNICUS “The European Earth Observation Programme”. Inoltre, il CNR partecipa attivamente al programma Global Atmosphere Watch (GAW) del WMO. Il CNR ha un forte posizionamento nell’ambito della ricerca europea, come testimoniato dal coordinamento di numerosi progetti in ambito FP7 e dai recenti successi nelle prime Call di HORIZON 2020 (ACTRIS 2, e-LTER, ERA-PLANET, ENVRIPLUS, JERICO NEXT, GAIA-CLIM, etc..).
Il
CNR è presente anche in molti progetti ESA dedicati al monitoraggio ambientale ed alla gestione dei rischi, quali quelli dedicati a nuove missioni satellitari (Sentinel-1), al monitoraggio dell’Antartide (DOMEX) ed allo sfruttamento dei nuovi sensori tipo GPS (Leimon, GRASS).
Il CNR-DTA coordina e/o partecipa a tutte le grandi infrastrutture di ricerca nel settore delle Scienze Ambientali (
ACTRIS, e-LTER, EPOS, EMSO, EUROARGO, EUROFLEETS, GMOS, JERICO, ICOS, LIFEWATCH, SIOS).
Questo ampio quadro di attività e collaborazioni con il sistema della ricerca, sia pubblico che privato, rende il
CNR uno dei principali attori a livello nazionale per promuovere progetti di rilevanza strategica con una forte proiezione europea ed internazionale attraverso l’utilizzo sinergico dei fondi per la ricerca HORIZON 2020 e fondi strutturali ESIF (2014-2020), in piena coerenza con quanto previsto dalla DG-Regio sulla smart specialization strategy.

{tab Attività svolte} Attività svolte

  • Sviluppo e ottimizzazione di tecnologie OT nell’ottico, infrarosso e microonde (tecniche di interferometria radar, radiometria ottica, radiometria a microonde, lidar Raman, lidar doppler, radar doppler).
  • Analisi dei gap scientifici e tecnologici nell’utilizzo di metodi e sistemi OT e delle problematiche relative all’integrazione di dati OT eterogenei (i.e. multi-sensore, multi-frequenza, multi-piattaforma) per lo studio dei fenomeni naturali.
  • Sviluppo di metodi ed approcci originali per l’integrazione delle tecnologie osservative (da satellite, da aereo, da alianti e veicoli autonomi marini, terra dal suolo ed in-situ, mare da remoto ed in-situ) con quelle di navigazione e di tecniche ICT (es. web sensors, grid e cloud computing) per lo sviluppo di prodotti.
  • Integrazione di infrastrutture di ricerca per le osservazioni ground-based ed in situ e accesso transnazionale.
  • Sviluppo di prodotti a valore aggiunto basati su dati OT di nuova generazione (e.g. Sentinel).
  • Calibrazione e validazione di prodotti satellitari.
  • Analisi e monitoraggio dell’evoluzione paesaggistica e ambientale, valorizzazione e salvaguardia delle aree di interesse storico-archeologico con tecnologie OT innovative e l’impiego di sistemi unmanned.
  • Applicazione di metodologie e tecnologie di OT per lo studio dei rischi naturali ed antropici e dei processi ecosistemici mediante reti distribuite di sensori e sistemi operanti su piattaforme satellitari, aeree, terrestri e marine.
  • Analisi rapide e a basso costo di parametri biologici e del suolo per mezzo dell’infrarosso.
  • Applicazione di metodologie e tecnologie OT per lo studio di parametri atmosferici ed ambientali per la mitigazione e l’adattamento ai cambiamenti climatici.
  • Applicazione di metodologie e tecnologie OT per l’esplorazione e l’investigazione delle risorse energetiche (geotermia, eolico, solare).
  • Applicazione delle tecnologie OT in regioni strategiche e vulnerabili come le aree Polari (Artico e Antartide) ed il Mediterraneo.

{tab Attività previste} Le attività previste

  • Sviluppo e ottimizzazione di tecnologie OT da varie piattaforme (ground-based, aerea, satellitare, marina).
  • Analisi dei gap scientifici e tecnologici nell’utilizzo di metodi e sistemi OT e delle problematiche relative all’integrazione di dati OT eterogenei (i.e. multi-sensore, multi-frequenza, multi-piattaforma).
  • Sviluppo di metodi per la validation rules di dati ambientali raccolti in tempo realee l’utilizzo della machine learning.
  • Sviluppo di prodotti a valore aggiunto basati su dati OT di nuova generazione (e.g. Sentinel; PRISMA, ADM-Aeolus, EarthCARE).
  • Sviluppo di protocolli per l’accesso transnazionale alle infrastrutture osservative di ricerca in campo ambientale.
  • Realizzazione di campagne di misura per calibrazione e validazione di prodotti satellitari;
  • Realizzazione di campagne di misura per validazione di misure di piattaforme marine.
  • Potenziamento della attività di ricerca finalizzata all’analisi di osservazioni sistematiche per lo studio dell’atmosfera, del sistema marino profondo e costiero, terra solida, suoli, ecosistemi dulcacquicoli e biodiversità e di specifici hot spot climatici.
  • Sviluppo di prodotti a valore aggiunto e sistemi prototipali, basati su dati OT di nuova generazione (e.g. Sentinel), per lo studio e l’analisi di fenomeni e processi connessi ai rischi naturali.
  • Potenziamento della attività di ricerca con tecnologie OT per l’esplorazione e l’investigazione delle risorse energetiche (geotermia, eolico, solare).
  • Potenziamento delle tecnologie OT in regioni strategiche e vulnerabili come le aree Polari (Artico e Antartide), il Mediterraneo e l’Africa sahariana e sub-sahariana ed in altri hot spot climatici.

AP3 – Rischi ambientali, naturali e antropici

Gli obiettivi dell’Area Progettuale

L’Area Progettuale ha come obiettivo generale il miglioramento delle conoscenze dei fenomeni naturali e delle loro interazioni con gli ecosistemi, le attività antropiche e le infrastrutture presenti sul territorio, al fine della caratterizzazione, previsione e mitigazione dei rischi.
In tale ambito si vuole garantire un efficiente sistema di prevenzione dei rischi (sismi ed eruzioni, frane, alluvioni, incendi, erosione coste) mediante:

  • i) lo sviluppo e sperimentazione di tecnologie avanzate per il monitoraggio:
    • idrometeorologico, con riferimento anche ai fenomeni meteorologici intensi,
    • degrado ambientale (suolo, acqua, ecosistemi, patrimonio culturale),
    • dissesto geo-idrologico, mediante laboratori sperimentali, piattaforme integrate webgis, reti multi-strumentali, stazioni di rilevamento ambientale mobile, sensori satellitari,
    • rischi marini e costieri, mediante sistemi monitoraggio contaminazione, sensori multiparametrici in tempo reale per aree costiere e rilievi marini con sistemi remoti;
  • ii) la migliore comprensione dei processi e dei fattori responsabili di eventi meteorologici, geologici e geo-idrologici pericolosi e ricostruzione della loro evoluzione e distribuzione nello spazio e nel tempo.

Questi obiettivi sono raggiunti attraverso una maggiore integrazione tra conoscenze acquisite sui fenomeni di rischio, innovazione tecnologica, sistemi osservativi in grado di monitorare in modo integrato l’ambiente, centri e reti per la gestione dati e modellistica ambientale, idrogeologica e geotecnica per la valutazione degli impatti sia in termini di inquinamento antropico che di eventi calamitosi a differenti scale.
Su tale base, l’Area Progettuale, oltre a fornire conoscenza, metodologie e strumenti per una corretta identificazione dei rischi, si propone di essere particolarmente innovativa per gli effetti sinergici dovuti alla multidisciplinarietà di competenze presenti.

RilievoAmbitoAmbitoPosizionamento
Il rilievo dell’Area Progettuale

Il miglioramento delle tecniche di previsione dei rischi naturali e di prevenzione e mitigazione dei loro effetti sull’ambiente, anche in un contesto di cambiamenti globali, è un’esigenza particolarmente sentita nel nostro Paese. Nonostante gli sforzi normativi a livello nazionale ed europeo, la frequenza degli eventi estremi in Italia così come nel mondo è aumentata. Il fenomeno è complesso in quanto coinvolge fattori tra loro interagenti quali: i cambiamenti climatici, l’assetto idrogeologico, i cambiamenti di uso del suolo e del mare, la resilienza degli ecosistemi e la capacità delle popolazioni stesse a recepire il concetto di rischio.
In tale ambito, il Dipartimento Scienze del sistema Terra e tecnologie per l’ambiente (DTA), con la sua rete di Istituti, è impegnato a contribuire al progresso delle conoscenze scientifiche e tecnologiche per contrastare il degrado ambientale e il suo impatto su ecosistemi e patrimonio culturale e per comprendere meglio le varie tipologie di rischio (eruzioni, terremoti, dissesti idrogeologici, rischi ecotossicologici di terra e di mare).
L’Area Progettuale “Rischi Naturali, Ambientali ed Antropici” ha la peculiarità di promuovere, indirizzare e consolidare quelle attività intente a dare risposte efficaci in termini di ricerca sperimentale, applicata e di innovazione tecnologica per il miglioramento delle conoscenze degli eventi atmosferici intensi (ad es. fenomeni convettivi), degli eventi catastrofici, dei processi di base dei fenomeni di rischio e nonché dell’impatto degli eventi sugli ecosistemi, sul patrimonio culturale, sulla fascia marina costiera, sulle attività antropiche e sulle infrastrutture. In quest’ottica, l’Area Progettuale per le competenze scientifiche interdisciplinari presenti e quelle che potranno svilupparsi in futuro ha le potenzialità per rispondere efficacemente alle reali esigenze del Paese per una previsione, prevenzione e mitigazione del rischio accettabile in termini etici, sociali ed economici.

Il quadro delle ricerche in ambito internazionale

L’Area Progettuale “Rischi Naturali, Ambientali ed Antropici” è pienamente inserita nel contesto delle attività internazionali come può dedursi dal coordinamento e partecipazione del CNR a diversi progetti europei che interessano i rischi (LAMPRE, NEAREAST, ABOT, FLIRE, HYMEX, NOAH’S ARK, CLIMATE FOR CULTURE), Marie Curie Actions(ITN, ETN), JPI su Cultural Heritage and Global Change, e progetti internazionali come HSAF-EUMETSAT, LOBSTER, CERG e bilaterali con strutture di ricerca tra cui Conyact (Messico), GEOMAR e MARUM (Germania), Ifremer (Francia), NOC (UK), Wildland Hydrology (USA), GAMA (Spagna), GESTER (Francia), CSIC (Spagna), UNAM–CGEO (Messico), IGSUP (Filippine), Ingeominas (Colombia), TUWIEN (Austria), UFZ (Germania), King’s College London, BGR (Germania), National Taiwan University, UMR-6012 ESPACE (Francia), TAMU (USA), USGS (USA), IIT (India).
Inoltre, sono attive le partecipazioni a programmi come il Global Earth Observations System of Systems (GEOSS) del Group on Earth Observations (GEO/GEOSS), la European Climate Research Alliance (ECRA), il Belmont Forum, il World Meteorological Organization (WMO) con il progetto ad es. sulla meteorologia WWRP/WCRP, il programma MED con particolare riferimento alla macro-regione adriatico ionica EuSair e alla definizione di una strategia marittima comune, Horizon 2020 sia per la sicurezza e protezione dell’ambiente che per la resilienza del patrimonio culturale nei confronti degli eventi estremi. Inoltre sono attivi progetti su attività di formazione sulla pericolosità geologica e ambientale in progetti finanziati dal MAECI (Cooperazione internazionale) e su partecipazione all’International Center for Earth Sciences (ICES). Considerando la valenza dei prodotti satellitari nell’ambito di molte attività sui rischi, è fortemente operativo il collegamento ai programmi delle Agenzie Spaziali, come ad esempio ESA Sentinel del Programma Copernicus e Surface Water Ocean Topography (SWOT) della NASA.

Il quadro delle ricerche in ambito nazionale

Le collaborazioni nazionali che non sono disgiunte da quelle internazionali e fanno riferimento a Progetti PRIN, PON, POR-FESR, convenzioni con INGV, ENEA, ISPRA, Università, Dipartimento Protezione Civile, Autorità di Bacino, Ministero dell’Ambiente (MATTM) e dell’Agricoltura (MIPAAF), ARPA, Regioni, Province, Comuni, Autorità Marittime, Consorzi e Società Private.
Tali collaborazioni sono il frutto di una ricerca sinergica ed interdisciplinare che mette a sistema le diverse competenze scientifiche che operano nell’Area Progettuale e favorisce la creazione di una rete di eccellenza con altri Enti di ricerca, Università, Enti territoriali, incluso il Dipartimento Protezione Civile e soggetti privati con lo scopo di rispondere alle reali esigenze del Paese di prevenzione e mitigazione del degrado ambientale e del dissesto in ambiente terrestre e marino costiero, fornendo quegli strumenti metodologici e tecnologici innovativi che sono in grado di permettere ai vari utilizzatori, ed in particolare agli Enti Pubblici di adempiere anche alle richieste della Comunità Europea sulle strategie di mitigazione per ciascuna tipologia di rischio che può generarsi anche a seguito dei cambiamenti climatici. A tal fine, l’Area Progettuale sui rischi si avvale del contributo di altre Aree Progettuali relativi a tematismi trasversali come quelle sui “Cambiamenti Globali”, con un particolare focus alle regioni polari e alla regione mediterranea come indicatori e amplificatori dell’influenza dell’attività antropica sul clima, e “Osservazione della Terra” con particolare riferimento al monitoraggio del sistema mare, dei corsi d’acqua naturali e dei dissesti geo-idrologici.

Il posizionamento del CNR

Nel campo dei Rischi Naturali, Ambientali ed Antropici il CNR ha un ruolo di riferimento a livello nazionale, europeo ed internazionale grazie alla presenza di eccellenti competenze scientifiche sinergiche ed interdisciplinari che consentono, da un lato, di utilizzare al meglio le più avanzate tecnologie per misure sperimentali, osservazioni in campo e da satellite per il monitoraggio idrometeorologico, del degrado ambientale e del dissesto e, dall’altro, di sviluppare una migliore comprensione dei processi fisici riducendo le incertezze sulla fenomenologia dei rischi naturali, anche associati ai cambiamenti globali, in termini di frequenza, ampiezza, estensione, insorgenza, previsione e impatti.

A livello europeo e internazionale è evidente il ruolo svolto dal CNR nel coordinare e partecipare a numerosi progetti sulla tematica rischi favorendo di fatto la creazione di una rete di eccellenza scientifica e culturale che a partire dalla meteorologia giunge alla previsione, prevenzione e mitigazione dei rischi. A livello nazionale il CNR, quale principale Ente di Ricerca italiano, ha facility e competenze per proporsi come coordinatore di un Progetto di Ricerca Nazionale sui “Rischi”, stabilendo una salda collaborazione con Enti di Ricerca, Università ed Istituzioni, e che sia basato su una visione interdisciplinare che vada anche ad individuare quelle misure di adattamento ai cambiamenti globali in sintonia con le strategie nazionali (es. SNAC del MATTM), europee (es. Climate-ADAPT, Marine Strategy Framework Directive), nonché con le due Direttive EU Water Frame Directive 2000 e 2007/60 espressione del quadro di riferimento comunitario rispettivamente per un utilizzo sostenibile della risorsa acqua e per la individuazione e la gestione dei rischi.

{tab Attività svolte} Attività svolte

L’Area Progettuale indirizza attività per quattro tipologie di rischio:

  • Rischi meteo-geo-idrologici: monitoraggio geo-idrologico al suolo e da satellite; sviluppo modellistica previsione eventi meteo-idrologici estremi e mitigazione rischio alluvionale anche in aree urbane; sviluppo metodologie per mitigazione rischio frana a diverse scale; aggiornamento archivi eventi rischio; sperimentazione tecnologia avanzata e sviluppo sistemi early warning per fenomeni di dissesto; analisi rischio geo-idrologico e individuazione soglie di allerta innesco frane; analisi fattori geologici, geochimici e geofisici di pericolosità geologico-ambientale, sua gestione e mitigazione; attività di formazione su pericolosità naturale e geologica.
  • Rischi marini e costieri: modelli evolutivi sistemi deposizionali costieri in ambienti geodinamici; monitoraggio ecosistemi marino costieri; frane costiere e sottomarine, erosione costiera, consolidamento del progetto MAGIC per le aree costiere caratterizzate da maggiore pericolosità; modelli di dinamica evolutiva delle morfologie costiere emerse e sommerse; modelli gestione siti marini inquinati; valutazione pericolosità congiunta di tettonica, vulcanismo, instabilità di versante, eventi estremi, con rilievi geofisici, modellazione 3D e analisi di pericolosità; monitoraggio aree costiere con interferometria SAR; rilievi periodici multibeam ad alta risoluzione per evoluzione morfologica di aree costiere; caratterizzazione e mappatura di habitat marini e costieri e rischi ambientali connessi; progettazione e realizzazione sistemi di monitoraggio integrati di aree costiere in area vulcanica; monitoraggio in aree polari dei costituenti minori di gas atmosferici.
  • Rischi Patrimonio Culturale: valutazione impatto inquinamento, clima e energie rinnovabili sul Patrimonio Culturale e sul paesaggio; valutazione integrata dei rischi e delle soluzioni di mitigazioni e adattamento per la protezione e conservazione patrimonio beni culturali.
  • Altri rischi: identificazione aree vulnerabili all’innesco incendi; approfondimento sulla probabilità di ricorrenza forti terremoti; valutazione rischio inquinamento corpi idrici; sviluppo piattaforma dati ambientali bacini lacustri.

{tab Attività previste} Le attività previste

Si intende promuovere, in sintonia con il DTA, workshops e/o forum per confronto e scambio di idee dei ricercatori dell’area progettuale, onde rendere maggiormente sinergiche le attività previste:

  • Rischi meteo-geo-idrologici: sperimentazione nuove tecnologie per monitoraggio geo-idrologico al suolo, anche con fibre ottiche, e da satellite; studio fenomeni meteorologici intensi e approfondimento processi di base fenomeni alluvionali e di frana; perfezionamento soglie allerta eventi geo-idrologici; tipizzazione geotecnica eventi dissesto e modelli previsione frana; sviluppo Sistemi Dinamici di Supporto alle decisioni; studio dei processi e dei materiali geologici per valutare, prevedere, e mitigare la pericolosità derivante dalla geosfera; valutazione e monitoraggio ambientale degli impatti associati allo sfruttamento delle risorse geotermiche.
  • Rischi marini e costieri: sperimentazione tecnologie di monitoraggio e bonifica ecosistemi sensibili; analisi vulnerabilità idrogeologica costiera e processi di subsidenza; valutazione impatti da sfruttamento idrocarburi; analisi evoluzione geodinamica aree vulcaniche in ambienti costieri; analisi morfologie e depositi marini associati a eventi estremi; valutazione impatti antropici su ecosistemi marini e effetti contaminanti sulle comunità biologiche; sviluppo indicatori e strumenti di supporto alle decisioni per la Pianificazione dello Spazio Marittimo.
  • Rischi Patrimonio Culturale: messa a punto modelli di degrado e indici di vulnerabilità e rischio; definizione misure di adattamento e mitigazione dell’impatto sul Patrimonio Culturale dei cambiamenti climatici, pressione antropica e eventi catastrofici naturali.
  • Altri Rischi: Analisi evoluzione climatica e impatto ecosistemi fluvio-lacustri; sviluppo sistemi acquisizione dati idrologici e limnologici; aggiornamento mappa pericolosità sismica nazionale; inizio attività Centro per la Microzonazione Sismica per supporto all’emergenza sismica e pianificazione urbanistica.

AP2 – Gestione sostenibile ed efficiente delle risorse naturali, degli ecosistemi e della biodiversità

Gli obiettivi dell’Area Progettuale

La finalità è lo sviluppo sostenibile che deve soddisfare i bisogni attuali senza compromettere i bisogni e le aspettative delle future generazioni. Questo richiede una pianificazione e una gestione responsabile delle risorse che preveda un bilanciamento tra lo sfruttamento delle fonti tradizionali e di quelle alternative tenendo in considerazione gli aspetti di disponibilità, economicità e impatto ambientale.

In questo ambito la valutazione delle risorse energetiche rinnovabili, sia superficiali (energia solare ed eolica) che profonde (geotermia) la tutela, conservazione e gestione della biodiversità, e il monitoraggio ambientale e la valutazione dei sistemi naturali e antropizzati per la pianificazione della gestione sostenibile è l’obiettivo principale dell’area progettuale.

Oggetto di studio sono i mari, le acque superficiali e sotterranee, i suoli e le foreste. Un’analisi dei differenti aspetti della biodiversità, dell’evoluzione e dell’ecologia delle specie consentirà l’identificazione di aree prioritarie per la conservazione e gestione degli ecosistemi. Uno degli obiettivi principali è quello di valutare la biodiversità e la risposta adattativa degli ecosistemi, inclusi gli effetti antropici. Per un corretta comprensione devono essere considerati i diversi livelli di organizzazione (gene, specie, ecosistema) e i diversi livelli di naturalità (dalle riserve naturali alle aree urbanizzate e industrializzate). E’ anche chiaro che una delle finalità applicative dell’attività di questa area progettuale deve essere quella di tradurre la conoscenza scientifica sul piano gestionale e legislativo valutando l’impatto delle diverse politiche sulle risorse naturali. I risultati degli studi sulle risorse naturali e la biodiversità possono fornire indici sintetici e modelli previsionali di supporto alle decisioni di politica ambientale ed energetica anche attraverso l’uso di modelli demografici come ad esempi quelli che descrivono la dinamica di popolazioni di specie invasive.

RilievoAmbitoAmbitoPosizionamentoAttivitàAttività

Il rilievo dell’Area Progettuale

La gestione delle risorse naturali biologiche, minerali ed energetiche con la salvaguardia degli ecosistemi e della biodiversità è una della sfide più importanti attuali soprattutto alla luce della popolazione crescente sulla terra e dei cambiamenti climatici in atto. Se da un lato è documentata la vulnerabilità degli ecosistemi, dall’altro è ancora poco conosciuto l’effetto sinergico dei diversi fattori che modificano lo stato delle risorse. Al tempo stesso gli ecosistemi naturali costituiscono un’importante riserva di risorse naturali e possono mitigare gli effetti dei cambiamenti climatici come nel caso delle foreste.

Negli ultimi anni si è maturata la consapevolezza che lo sfruttamento irrazionale delle risorse naturali, l’inquinamento ed il degrado degli habitat hanno contribuito alla diminuzione della qualità e della capacità produttiva degli ecosistemi. E’ inoltre sempre più evidente che una corretta politica ambientale deve riuscire a coniugare salvaguardia e gestione delle risorse naturali garantendo una fruizione responsabile che non preclude l’uso alle generazioni future.

In ambito marino, ad esempio, il fallimento delle politiche tradizionali di gestione delle risorse ha portato allo sviluppo del cosiddetto Approccio Ecosistemico, cioè un approccio olistico orientato a prendere in considerazione l’influenza dei fattori ambientali, le relazioni interspecifiche a livello di comunità e gli aspetti socio-economici legati al loro uso. Le innovazioni tecnologiche scaturite in quest’ambito dall’attività del CNR appaiono alla base del nuovo approccio di green e blue economy. E’ evidente che il trasferimento tecnologico tra il mondo della ricerca e quello imprenditoriale appare prioritario per garantire una pianificazione e una gestione responsabile delle risorse che preveda un bilanciamento tra lo sfruttamento delle fonti tradizionali e di quelle alternative tenendo in considerazione gli aspetti di disponibilità, rinnovabilità, economicità sostenibilità e di impatto ambientale. Il ruolo del CNR appare prioritario nella messa a punto di tecnologie per minimizzare gli impatti dello sfruttamento delle risorse sulle varie componenti degli ecosistemi, sul loro ruolo come fornitori di servizi e sulla biodiversità.

Il quadro delle ricerche in ambito internazionale

In ambito europeo, sono molteplici le attività finanziate e in corso di bando che fanno capo alla suddetta area progettuale e legate ad Horizon 2020. Nell’ambito di questo programma sono numerosi i riferimenti ai topics relativi alla gestione sostenibile delle risorse e alla salvaguardia degli ecosistemi: resource efficiency, sustainable fisheries agriculture and forestry, secure, clean and efficient energy giusto per citare le keyword principali.

Le tematiche di grande interesse e che attirano anche buoni finanziamenti sono quelle nell’ambito della blue growth, della pesca sostenibile, delle green infrastructures, della biodiversità, degli ecosistemi forestali, terrestri (suolo) e acquatici, inclusi marini, delle risorse energetiche alternative.

Tra i progetti più importanti finanziari da

H2020 in questi ambiti si possono citare:

  • ECOPOTENTIAL, dedicato all’uso di dati satellitari e in situ per la stima dei servizi ecosistemici e dei loro cambiamenti e per lo sviluppo di modelli previsionali della risposta degli ecosistemi;
  • DESCRAMBLE, dedicato all’esplorazione geotermica;
  • ERA-PLANET sull’efficienza delle risorse;
  • ISAAC su biogas e biometano;
  • CYANOFACTORY su produzione di energia da organismi fotosintetici.

Vari progetti riguardano le risorse marine (come

INMARE,

EMPAFISH,

EU Data Collection Framework on Fisheries)

e le acque interne (come

INHABIT o

CIPAIS). Sono poi frequenti progetti

LIFE+ che nascono proprio con l’intento di testare forme di governance del territorio che leghino lo sviluppo sostenibile con la salvaguardia degli ecosistemi e la protezione della biodiversità. Si possono citare in questo ambito

Manfor,

EnvEurope,

Cleansed,

Biorem.

Di particolare importanza sono le infrastrutture di ricerca soprattutto in campo ambientale in cui queste tematiche sono il focus prioritario tra cui

ICOS,

LIFEWATCH,

EPOS. In gran parte dei casi il CNR svolge un ruolo chiave all’interno dei consorzi europei in molti casi anche come coordinatore come nel caso di

ECOPOTENTIAL.

Il quadro delle ricerche in ambito nazionale

Va menzionato nell’ambito delle risorse energetiche il coordinamento CNR dei progetti nazionali

VIGOR e

Atlante Geotermico con collaborazione di quasi tutti gli

istituti CNR-DTA, e con

CNR-ITAE e

CNR-IPCF, oltre che con varie università (vedi sotto) e

INGV, mentre accordi con diversi Istituti del

CREA riguardano il miglioramento genetico di specie agroforestali.

Molte interazioni sono anche annoverate al livello interdipartimentale come ad esempio con l’area della chimica per attività congiunte sull’uso delle biomasse per bio-raffinerie e bioenergie.

Nell’ambito della valorizzazione delle risorse genetiche e del paesaggio per il recupero e lo sviluppo delle identità territoriali storiche e ambientali, va ricordato l’accordo tra

CNR-IBAF (CNR-DTA) e

CNR-IBAM (CNR-DSU).

In ambito marino va sottolineato il grosso investimento Refit delle navi

Urania (ambito Mediterraneo) e di

Explora (ambito Mediterraneo e Oceanico-polare) sostenuti dal progetto

RITMARE in cui la gestione della risorsa mare e le implicazioni per gli ecosistemi marinicostituisce un ambito di ricerca molto importante.

Il CNR è impegnato in numerosi progetti nazionali sull’uso sostenibile e la conservazione delle risorse marine (

Posidonia,

Rete Pesca,

Supporto ai Piani di Gestione della Pesca Siciliana).

Il CNR-DTA svolge il ruolo di capogruppo-mandataria dell’Associazione Temporanea di Scopo (ATS), coordinando le attività dei propri Istituti (CNR-IAMC e

CNR-ISMAR) e degli altri partner

(CIBM, COISPA,

ITAFISHSTAT,

UNICA,

UNIBA,

UNIBO,

UNIMAR e

UNIROMA2) che partecipano al

Programma Nazionale di Raccolta Dati Alieutici (PNRDA) 2014-2016.

Tale programma, cofinanziato dal

Mipaaf e dall’Unione Europea, istituisce, ai sensi del Reg. (CE) n. 199/2008 un quadro comunitario per la raccolta, la gestione e l’uso dei dati nel settore della pesca e un sostegno alla consulenza scientifica relativa alla politica comune della pesca. Il CNR svolge inoltre attività di ricerca di base finanziata dalla Regione Sardegna nell’ambito delle iniziative volte alla promozione della ricerca scientifica e dell’innovazione tecnologica.

Inoltre, nell’ambito degli interventi per la bonifica, l’ambientalizzazione e la riqualificazione di Taranto, il CNR-DTA ha assunto un ruolo leader nella gestione delle attività da svolgersi nelle aree SIN e limitrofe.

Il posizionamento del CNR

Molto importante è il ruolo del CNR soprattutto nelle infrastrutture di ricerca al livello internazionale. Da rilevare il rafforzamento nell’ambito del suddetto progetto della rete italiana delle ricerche ecologiche di lungo termine

(LTER Italia), proprio per monitorare lo stato degli ecosistemi sia acquatici che terrestri. C’è da annoverare un grosso coinvolgimento degli istituti CNR nelle infrastrutture europee

LIFEWATCH per quanto riguarda le ricerche sulla biodiversità e gli ecosistemi ed

ICOS per quanto riguarda il monitoraggio dei pools e flussi di carbonio in ecosistemi terrestri e marini e GEO/GEOSS per il monitoraggio degli ecosistemi.

Rilevante è il ruolo acquisito dal CNR nella gestione del

Programma Nazionale di Raccolta Dati Alieutici, che costituisce la principale serie storica di dati standardizzati sulle abbondanze e sulla demografia degli organismi marini, rilevanti non solo ai fini delle Politica Comune della Pesca ma anche alla Strategia Marina.

Presso il CNR-DTA è custodita la banca dati nazionale sui dati delle risorse da pesca. In campo ambientale devono essere citate le infrastrutture di ricerca che si sono create o potenziate nelle regioni della convergenza grazie al progetto

PON I-Amica sia in ambito marino, terrestre e atmosferico, che offrono una piattaforma scientifica all’avanguardia per il monitoraggio dell’ambiente e della salute degli ecosistemi. In questo ambito una attenzione particolare è rivolta anche allo sfruttamento delle energie rinnovabili, soprattutto l’eolico.

Nell’ambito delle risorse geotermiche va citata la piattaforma

EPOS European plate observing system, per l’osservazione della terra solida.

Attività svolte

Nell’ambito delle energie vanno annoverate le attività collegate con i diversi progetti che li caratterizzano sia in ambito nazionale che internazionale nei campi della geotermia, eolico, solare e biomasse. Le collaborazioni sono ulteriormente promosse dall’attiva partecipazione ad attività nei gruppi

EERA dedicati a diverse energie. Un’attività importante riguarda l’esplorazione geotermica e lo sviluppo di metodologie integrate per la caratterizzazione della risorsa convenzionale e non e la definizione di tecniche di valutazione del potenziale geotermico. Specifiche attività riguardano lo studio degli aspetti geologici, idrogeologici e geochimico-isotopici dei sistemi acquiferi e delle loro relazioni con gli ecosistemi terrestri e verificare la sostenibilità del loro utilizzo.

Nel campo delle ricerche sugli ecosistemi proseguono le attività dei vari progetti di monitoraggio di lungo periodo sia in ambito nazionale che internazionale e le attività collegate ai siti per le ricerche ecologiche di lungo termine

(LTER).

Molte attività di ricerca sono svolte sulla diversità genetica, adattativa ed ecologica di specie di interesse agroambientale in ecosistemi naturali e antropizzati nell’ambito di vari progetti nazionali ed internazionali. Modelli demografici e metodi probabilistici sono utilizzati per descrivere la dinamica di popolazione di specie invasive e le strategie di gestione di metapopolazioni. Le attività sugli ecosistemi interessano sia quelli terrestri che quelli acquatici con analisi dei suoli, delle componenti biotiche e la messa a punto di indicatori di qualità biotica, gli impatti di specie invasive sull’ecosistema, il trattamento e valorizzazione dei reflui agroindustriali per l’estrazione di prodotti biochimici e/o produzione di energia.

Per quanto riguarda gli ecosistemi marini le linee di ricerca vanno dallo studio della biologia e dinamica di popolazione di specie ittiche, allo studio della biodiversità e composizione delle comunità marine, alle reti trofiche e al funzionamento degli ecosistemi marini, all’individuazione e gestione di aree chiave per la conservazione/gestione, allo sviluppo di modellistica ecosistemica e di tecnologie per uno sfruttamento sostenibile delle risorse.

Le attività previste

  • Esplorare e investigare le diverse risorse energetiche con osservazioni in telerilevamento e a terra con metodologie geologiche, idrogeologiche, vulcanologiche, geochimiche, geofisiche e mettere a punto le migliori pratiche per uno sfruttamento efficiente e sostenibile.
  • Migliorare la conoscenza sullo sfruttamento delle risorse alternative facenti capo al geotermico, all’eolico, alle energie rinnovabili in mare e alle bioenergie ottimizzando i processi di trasformazione e di produzione energetica.
  • Migliorare la capacità di monitoraggio e la modellistica per una valutazione spaziale integrata di aria, acqua, suolo ed ecosistemi includendo rilievi on-site e in remote sensing al fine di meglio comprendere gli impatti delle diverse pratiche di sfruttamento delle risorse.
  • Aumentare le conoscenze sul ruolo delle Green Infrastructures con un approccio di ricerca multidisciplinare e rivolto agli aspetti applicativi per massimizzare i servizi ecosistemici fruibili dalla popolazione.
  • Fornire una descrizione integrata della diversità delle risorse naturali e ricostruire la distribuzione geografica della diversità genetica e dei fattori ambientali degli ecosistemi.
  • Comprendere il ruolo degli ecosistemi terrestri e in particolare delle foreste sui cicli biogeochimici con un focus particolare sul carbonio e sulla biodiversità a diverse scale.
  • Migliorare la conoscenza del ruolo degli ecosistemi acquatici, in particolare dei laghi, come fornitori di risorse e di servizi ecosistemici.
  • Analizzare la sostenibilità dell’utilizzo delle risorse idriche superficiali e sotterranee e la loro qualità sviluppando modelli in grado di facilitare il coinvolgimento degli stakeholder e incrementando l’accessibilità ad informazioni ambientali.
  • Accrescere le conoscenze sull’ecologia e sui rapporti organismi-ambiente per una gestione sostenibile delle risorse in chiave ecocompatibile.
  • Aumentare le connessioni tra gli aspetti geofisici e biologici nella ricerca marina per una gestione sostenibile delle risorse marine senza compromettere la biodiversità e gli ecosistemi marini anche sviluppando (bio)tecnologie innovative nella prospettiva di blue economy.

AP1 – Cambiamenti Globali e cicli biogeochimici: dinamiche, impatti e mitigazione

Gli obiettivi dell’Area Progettuale

L’obiettivo generale è quello di integrare in modelli complessi (Earth System Models) i processi fisico-chimico-biologici e geologici e la dinamica dei sistemi ecologici alle diverse scale spaziali e temporali di interesse. Obiettivo di più lungo respiro è invece l’integrazione dei risultati con le competenze attinenti alle scienze sociali ed economiche, presenti in altri Dipartimenti e in altri Enti e Università, passo necessario per fornire le risposte richieste dai policy maker e dalla società.

Obiettivi scientifici:

  • studio dei cambiamenti globali nel Sistema Terra e nelle sue componenti, della dinamica e della predicibilità del clima, sviluppo ed implementazione di modelli climatici, ricostruzioni paleoclimatiche e geocronologia;
  • osservazione dei cambiamenti nella composizione dell’atmosfera ed interazione qualità dell’aria (e salute) clima;
  • interazione biosfera-geosfera-oceano;
  • analisi dei cicli biogeochimici di carbonio, azoto, zolfo, boro, fosforo e metalli in traccia nelle loro componenti atmosferiche, acquatiche, oceaniche, del suolo, della biosfera, del mantello e della crosta terrestre;
  • analisi del ciclo dell’acqua e dei regimi di precipitazione liquida e solida, risposta dei ghiacciai e della copertura nevosa, delle acque superficiali e delle falde acquifere, componente marina;
  • analisi degli impatti associati ai cambiamenti globali in aree remote ed antropizzate e in hot-spots climatico–ambientali (Mediterraneo, aree polari, montane e costiere, megacities, foreste, zone aride, zone umide, laghi, suoli);
  • effetti dei cambiamenti sulla biosfera e sugli ecosistemi marini e di transizione, terrestri e acquatici, sulla dinamica degli oceani e della superficie terrestre;
  • supporto allo sviluppo di strategie di mitigazione e di adattamento ai cambiamenti globali;
  • eventi estremi nel sistema accoppiato oceano-atmosfera;
  • contaminazione ambientale.
RilievoAmbitoAmbitoPosizionamento
Il rilievo dell’Area Progettuale

Le attività dell’uomo stanno cambiando l’ambiente del Pianeta in modo profondo e in alcuni casi irreversibile. I cambiamenti a scala planetaria (cambiamenti globali) sono dovuti non solo all’immissione di materiale inquinante nell’ambiente, ma anche ai cambiamenti nell’uso del territorio, alla perdita di habitat e alla alterazione della biodiversità. L’intervento umano sta avvenendo a una velocità così elevata da causare profondi cambiamenti agli ecosistemi ed ai processi che li regolano e dai quali dipendono il clima e la stessa vita sulla Terra.
Studiare i cambiamenti globali significa valutare, tramite modelli e misure sperimentali, le alterazioni dovute a cause naturali ed antropiche, che influenzano il funzionamento del Sistema Terra e prevederne gli effetti sull’ambiente, il clima, gli ecosistemi, la biodiversità e sulla nostra società. I cambiamenti globali sono molto più del solo cambiamento climatico e non riguardano solo gli aspetti dinamici e biogeochimici, ma anche quelli socio-economici.
Lo studio dei cambiamenti globali è tradizionalmente avvenuto “scomponendo” il Sistema Terra nelle sue parti (approccio riduzionistico). E’ necessario invece un approccio sistemico per ricomporre il quadro completo e osservare il Sistema Terra nella sua interezza. Vi è un’imprescindibile necessità di monitorare i cambiamenti mediante osservazioni a lungo termine, obiettivo difficile da attuare per costante mancanza di risorse. La ricerca in questo campo in Italia è troppo spesso settoriale e non integrata, confinata dai rigidi steccati disciplinari presenti nel sistema Università/Ricerca. Mentre si sta faticosamente realizzando l’integrazione fra discipline (fisica, chimica, biologia, geologia) e fra i diversi comparti (atmosfera, oceano, biosfera, geosfera), molto carente è tuttora il collegamento fra le attività sperimentali e quelle modellistiche la cui integrazione è importante per fornire la necessaria sintesi dei risultati.

Il quadro delle ricerche in ambito internazionale

Il punto di riferimento dell’Area Progettuale è il programma internazionale Future Earth che ha integrato tutti i precedenti programmi internazionali sui cambiamenti globali nelle loro componenti afferenti alle scienze naturali, umane, sociali ed economiche.
Future Earth è una piattaforma globale di ricerca che ha l’obiettivo di produrre la conoscenza necessaria alla transizione verso una società globale sostenibile nell’ottica della Conferenza ONU Sustainable Development (Rio+20).

Future Earth è suddiviso in tre tematiche:

    1. Dynamic Planet: fornisce la conoscenza per la comprensione dei cambiamenti osservati e previsti nel Sistema Terra e nelle sue componenti principali (clima, suoli, criosfera, oceani), i cicli biogeochimici, la biodiversità, la qualità dell’aria e dell’acqua, gli oceani e le pressioni antropiche, oltre agli sviluppi futuri in ambienti a rischio quali coste, montagne, foreste tropicali, zone aride, zone umide e regioni polari e montane;
    2. Global Sustainable Development ha come obiettivo la comprensione dei legami fra cambiamenti globali e società e di come lo sviluppo della società possa tradursi in un’ulteriore pressione sul pianeta;
    3. Transformations towards Sustainability: intende comprendere le trasformazioni necessarie per raggiungere un futuro sostenibile.

Il quadro della ricerca è nello specifico sostenuto dai progetti attivi in Future Earth: DIVERSITAS, IGBP, IHDP, WCRP.
Altre realtà importanti sono: Climate and Clean Air Coalition (CCAC), Group on Earth Observation (GEO), UNEP, GEOTRACES e altri programmi inerenti le maggiori convenzioni internazionali.
Riferimento europeo sono le azioni di Horizon 2020 Climate, Environment, Resource Efficiency and Raw Materials e Food Security, Sustainable Agriculture and Forestry, Marine, Maritime and Inland Water Research and Bioeconomy, Bluegrowth e European Climate Research Alliance (ECRA).

Il quadro delle ricerche in ambito nazionale

In ambito nazionale, la ricerca sui cambiamenti globali è frammentata fra una molteplicità di Enti ed Università, sistematicamente sotto-finanziata, non coordinata e soffre inoltre di un approccio strettamente disciplinare motivato dall’organizzazione accademica nazionale, ma non più giustificabile nel quadro internazionale.
Oltre a vari Dipartimenti Universitari nell’ambito delle scienze Fisiche, Chimiche, Biologiche e Geologiche, Ingegneristiche, i principali Enti nei quali ricerche sui cambiamenti globali vengono svolte a livello nazionale sono, oltre al CNR, ENEA, INOGS, INGV, CREA, Stazione Zoologica Anton Dohrn, CMCC, ISPRA.
ASI è poi funzionale all’utilizzo delle piattaforme osservative satellitari necessarie per la comprensione e la valutazione dei cambiamenti globali ed dei loro effetti.
Ancora molto carente è invece in Italia la ricerca sui cambiamenti globali nell’ambito delle discipline umane, sociali ed economiche. Questa carenza è particolarmente sentita quando dallo studio dei fenomeni insiti nei cambiamenti globali si deve passare a fornire ai policy makers gli elementi non solo tecnologici ma anche sociali ed economici per definire politiche di mitigazione ed adattamento ai cambiamenti stessi.
Altri Enti coinvolti nella tematica sono le ARPA Regionali, il Dipartimento della Protezione Civile (DPC). La ricerca italiana è presente anche nelle reti infrastrutturali internazionali che supportano la ricerca sui cambiamenti globali. Fra le reti partecipate dal CNR si segnalano: Rete di Ricerca Ecologica a Lungo Termine (LTER), Infrastruttura Europea di ricerca sulla biodiversità Lifewatch, Environmental Research Infrastructures (ENVRI), Svalbard Integrated Earth Observing System (SIOS).

Il posizionamento del CNR

Il CNR è senz’altro l’Ente che, per la sua multidisciplinarietà, ha le maggiori potenzialità a livello nazionale per integrare tutte le componenti disciplinari e metodologiche necessarie allo studio dei cambiamenti globali e dei loro effetti. Il CNR possiede al suo interno tutte le competenze e gli strumenti per l’intera filiera della valutazione dell’impatto ambientale, dalla raccolta dei dati alla valutazione del rischio ed è la figura istituzionale più indicata, grazie alla presenza sull’intero territorio, a collaborare con le Istituzioni nazionali e locali per la definizione delle migliori strategie di mitigazione. Queste competenze sono distribuite in varia misura fra gli Istituti afferenti al Dipartimento Scienze del Sistema Terra e Tecnologie per l’Ambiente, ma anche in Istituti afferenti ad altri Dipartimenti, principalmente Scienze bio-agroalimentari, Scienze biomediche e Informatica e Ingegneria delle Telecomunicazioni e Trasporti.
Negli ultimi 10 anni nel CNR ci sono stati progressi significativi nel coniugare le ricerche ambientali con quelle socio-economiche al fine di analizzare vari scenari di mitigazione dei rischi ambientali a supporto dei policy makers e altri stakeholders.
Alcuni gruppi di ricerca del CNR sono attivi, anche con ruoli di coordinamento, nell’ambito di programmi internazionali sui cambiamenti globali, inquinamento ambientale e sviluppo di tecnologie abilitanti (KETs), quali alcuni sottoprogetti di Future Earth, SOLAS (Surface Ocean-Lower Atmosphere Study), GEWEX (Global Energy and Water Exchanges Project), UNEP F&T (Partnership on Mercury Fate and Transport Research), GEOSS, HTAP, GEOTRACES, REACH, solo per citare alcuni tra quelli più rilevanti.
I ricercatori del Dipartimento coordinano inoltre la Task Global Ecosystem Monitoring e Tracking Pollutants di GEO, il CRA Mountains as sentinels of change del Belmont Forum e missioni satellitari di ESA. Sono attive collaborazioni con UNEP, WMO, WHO, IPCC, EUMETSAT.

{tab Attività svolte} Attività svolte

  • Clima e cambiamenti climatici – Comprende le ricerche sulla modellistica del clima a scala globale e regionale e gli impatti della variabilità climatica sugli ecosistemi terrestri, acquatici, marini e le aree polari, la modellistica degli eventi estremi, le interazioni oceano-clima, le dinamiche di eventi estremi, gli effetti dei cambiamenti climatici sull’acidificazione dell’oceano, l’innalzamento del livello del mare e la vulnerabilità delle fasce costiere, la ricostruzione del clima alla scala storica e paleoclimatica (archivi terrestri, lacustri, marini, polari e geocronologia), e il monitoraggio climatico.

  • Cambiamenti nella composizione dell’atmosfera e interazione qualità dell’aria (e salute)/clima – Comprende le ricerche sulle proprietà fisiche e chimiche dell’atmosfera e la loro variabilità spazio-temporale, i processi naturali ed antropici che modificano la composizione dell’atmosfera. Include le ricerche a scala regionale e globale e negli hot spot climatici sulla relazione fra qualità dell’aria e clima, sulle isole di calore, gli impatti radiativi dei cambiamenti della composizione atmosferica e l’influenza climatica delle specie a breve tempo di vita.

  • Cicli biogeochimici – Comprende i principali cicli biogeochimici (carbonio, azoto, zolfo, boro, fosforo, metalli in traccia e le loro interconnessioni), gli scambi mantello-crosta-atmosfera, biosfera-atmosfera e atmosfera-idrosfera, le risposte funzionali degli ecosistemi alle dinamiche climatiche, il funzionamento, organizzazione, connettività, biodiversità e resilienza degli ecosistemi.

  • Ciclo dell’acqua – Comprende lo studio degli effetti delle nubi sul clima, le variazioni del ciclo idrologico a scala regionale e globale, e in particolare in regioni di alta quota, lo studio dei regimi di precipitazione liquida e solida e la risposta dei ghiacciai e della copertura nevosa, delle acque superficiali e delle falde acquifere.

{tab Attività previste} Le attività previste

  • Clima e cambiamenti climatici: caratterizzazione del clima e della variabilità passata, presente e futura (ricostruzioni e scenari e modellistica numerica); stima dei rischi e degli impatti associati ai cambiamenti climatici; analisi dei processi fondamentali della dinamica e predicibilità del clima; valutazione degli impatti dei cambiamenti globali su risorse idriche, eventi estremi, ecosistemi.

  • Cambiamenti nella composizione dell’atmosfera e interazione qualità dell’aria-salute/clima: ricerca su processi e fenomenologie focalizzata sulla scala regionale e su specifici hot spots climatici e ambientali (insediamenti urbani, aree costiere, aree montane, aree polari, ecc.).

  • Cicli biogeochimici: osservazioni e modellistica del ciclo del carbonio, in diversi contesti geologici; analisi del ciclo del carbonio nei suoli e negli scambi mantello-crosta-atmosfera, suolo-vegetazione-atmosfera e idrosfera-atmosfera; processi e variabilità della composizione del mare; ruolo dei microorganismi nei cicli biogeochimici; validazione di indicatori biologici di qualità ambientale; meccanismi che regolano la produttività degli ecosistemi e l’immagazzinamento del carbonio in tutti i segmenti del sistema suolo-vegetazione-atmosfera; ciclo degli inquinanti persistenti (Hg e POPs); impatto dei cambiamenti globali e della variabilità meteo-climatica sulla componente biotica lacustre, marina, sulle popolazioni vegetali terrestri e sui suoli; interazione aria-mare, ciclo del carbonio e fitoplancton marino; cicli biogeochimici di metalli in traccia; resilienza naturale ed antropica ai cambiamenti climatici.

  • Ciclo dell’acqua: analisi delle variazioni nelle diverse componenti del ciclo dell’acqua: nubi, precipitazioni solide e liquide, ghiacciai e copertura nevosa, acque superficiali e sotterranee, interazioni suolo-vegetazione-atmosfera e flussi di vapore acqueo; modelli di evoluzione dei ghiacciai.