AMBIENTE
L'ozono è un gas formato da tre molecole di ossigeno (O 3 - forma allotropica triatomica dell'ossigeno) anziché da due molecole (O 2 ) come il normale ossigeno che respiriamo.
Data la sua particolare struttura (viene definito un ibrido di risonanza) può essere rappresentato con una qualsiasi delle seguenti formule limite:
Fonte: it.wikipedia.org
L'ozono è tossico per l'uomo, di colore bluastro e dal forte odore acre. Viene utilizzato nella sterilizzazione e nella depurazione dell'aria a causa del suo forte potere ossidante specialmente sulle sostanze organiche.
Normalmente nell'atmosfera l'ozono è presente in piccole quantità concentrate in una fascia compresa fra i 10 e i 60 km di quota (ozonosfera) e in prossimità del suolo.
La formazione del O3 alle basse quote è dovuta prevalentemente a due ragioni:
- • scariche elettriche (fulmini);
- • reazioni fotochimiche con gli ossidi di azoto provenienti dagli scarichi degli autoveicoli e dalle centrali termoelettriche (smog fotochimico);
Nell'ozonosfera la formazione dell'O 3 avviene con modalità differenti: l'ossigeno bi-atomico (O 2 ) viene scisso dai raggi ultravioletti e le due molecole di ossigeno sono libere di combinarsi con altro ossigeno bi-atomico per formare una molecola di ozono (O 3 ), a sua volta questa viene investita dagli ultravioletti e si scinde in una molecola di ossigeno bi-atomico e in una molecola libera che rientrando in circolo perpetuano il procedimento all'infinito assorbendo però i raggi ultravioletti. La fascia dove maggiormente avvengono queste reazioni si trova a circa 25Km di quota in piena stratosfera.
Per poter comprendere la funzione dell'ozono atmosferico bisogna prima parlare della luce solare.
Come ogni stella il sole emette energia come radiazione elettromagnetica, radiazione che ha natura sia corpuscolare (fotoni) che ondulatoria.
La radiazione solare (per comodità la chiameremo luce anche se non è completamente corretto), avendo natura anche ondulatoria, può essere rappresentata come un sinusoide e come tale possono essere definite due misure: frequenza (f) e lunghezza d'onda (?). Per lunghezza d'onda si intende la distanza fra due "creste" successive mentre per frequenza si intende il numero di oscillazioni per unità di tempo.
Frequenza e lunghezza d'onda sono strettamente correlate fra loro dall'equazione:
c=300.000Km/s
In base alle diverse lunghezza d'onda la luce emessa dal sole può essere suddivisa e rappresentata nello spettro solare:
La luce visibile all'occhio umano rappresenta una parte molto limitata dello spettro solare (vi appartiene comunque la massima emissione di energia - legge Wien-Planck) le radiazioni che interessano i processi di formazione dell'ozono sono invece le radiazioni ultraviolette.
Le radiazioni ultraviolette possono essere a loro volta suddivise in UVC, UVB e UVA in funzione della loro frequenza:
UV-A = 400~315nm
UV-B = 315~280nm
UV-C = 280~10nm
Ma perché queste radiazioni, se non filtrate, sono pericolose?
La spiegazione è piuttosto semplice: l'energia di una radiazione è inversamente proporzionale alla lunghezza d'onda (minore è la lunghezza d'onda, maggiore è l'energia) pertanto i raggi ultravioletti sono estremamente energetici e risultano dannosi per gli esseri viventi.
Nel paragrafo precedente abbiamo accennato al fatto che gli ultravioletti sono pericolosi se non filtrati, infatti, gli esperti ritengono che in piccole dosi essi sono necessari alla vita ma un'esposizione prolungata può provocare danni anche gravi quali tumori, problemi alla vista, danni al DNA, ecc.
L'ozono presente nella stratosfera svolge proprio la funzione, in collaborazioni con altri gas delle fasce alte dell'atmosfera, di "filtro" nei confronti dei raggi ultravioletti.
L'ozono atmosferico provvede a trattenere la totalità della radiazione UVC (in collaborazione con l'ossigeno e l'azoto molecolare della termosfera e dalla mesosfera) e la maggior parte della radiazione UVB.
Per meglio rendersi conto di quanto sia delicato e importante lo scudo d'ozono basta questo semplice dato: l'ozono è presente con una concentrazione bassissima (meno di una parte su un milione) ma una sua diminuzione di solo l'1% (nell'Antartide siamo arrivati anche al 70%) è sufficiente per incrementare fino al 3% la radiazione che colpisce la terra.
La prima volta in cui la comunità scientifica si è trovata a lavorare con l'ozono presente nella stratosfera è stato nel 1934 quando il fisico inglese Sidney Chapman proponeva la "creazione di un buco nell'ozono" per impedire che interferisse con le osservazioni astronomiche all'ultravioletto.
Per i successivi 40 anni l'ozono non è stato soggetto di grandi studi ma è tornato alla ribalta nel 1974 quando un scienziato dell'Università della California Sherry Rowland rese nota l'esistenza del Buco nell'Ozono e ne studiò le cause pubblicando un articolo sulla rivista Nature in cui rendeva noto l'azione nociva di alcune sostanze chimiche (CFC) sull'ozono.
Gli studi di Rowland unitamente alla consapevolezza della pericolosità delle radiazioni ultraviolette non più schermate dallo strato d'ozono portarono gli Stati Uniti a promulgare una legge che imponeva le prime restrizioni all'utilizzo dei CFC nell'industria.
La pericolosità del buco nell'ozono è rappresentata dalla funzione di scudo svolta dall'ozono che viene a mancare o a ridursi permettendo così alla radiazione ultravioletta di raggiungere direttamente la superficie terrestre provocando danni sia alla flora (parziale inibizione della fotosintesi clorofilliana) sia alla fauna e con essa agli uomini (cancro alla pelle, lesioni agli occhi, indebolimento sistema immunitario, ecc.).
Ma come fanno i CFC a "bucare" l'ozono?
L'ozono ha alcuni nemici naturali da sempre presenti nell'atmosfera come gli ossidi di azoto (reazioni radicaliche) ma l'uomo nell'ultimo secolo ha permesso ad un altro grande nemico dell'ozono di prosperare fino a spezzare il delicato equilibrio esistente nella stratosfera: il cloro.
L'immissione di cloro nella stratosfera avviene tramite i famigerati CFC (clorofluorocarburi). I CFC (composti da cloro, fluoro e carbonio) hanno una vita media piuttosto lunga che ne facilità l'accumulo e non reagiscono facilmente con altre sostanza. Vengono infatti scomposti solamente dalla radiazione solare che ne scinde la molecola liberando così il cloro (Cl) che una volta libero è in grado di reagire con l'ozono (O3) sottraendogli una molecola d'ossigeno formando così monossido di cloro (ClO). La molecola di monossido quando incontra una molecola d'ossigeno (O) si scinde liberando nuovamente il cloro che è libero di "distruggere" un'altra molecola di ozono (O3)realizzando così il ciclo catalitico del Cloro.
Il perpetuarsi di questo ciclo nel corso degli anni (la produzione industriale di CFC è cominciata negli anni 20) ha fatto sì che si sia verificata una riduzione media del 3% dell'ozono che causa una maggiore trasparenza dell'atmosfera alla radiazione ultravioletta.
Fortunatamente anche il cloro ha i suoi "nemici naturali", come il metano (CH4), grazie ai quali lo "scudo d'ozono" potrà tornare a formarsi in capo a 50 anni da quando l'utilizzo dei CFC e similari cesserà completamente in tutto il mondo.
Precedentemente abbiamo parlato di una riduzione media del 3% dell'ozono nella bassa stratosfera e tale dato sembra non giustificare l'appellativo di "buco" e le preoccupazioni sollevate dal fenomeno ma la riduzione non è uniforme su tutto il pianeta ma si concentra prevalentemente sul continente antartico con riduzioni che hanno raggiunto anche il 70%.
Ma perché l'ozono viene distrutto prevalentemente sul Polo Sud?
La spiegazione di questo fenomeno non è affatto semplice, infatti è valsa il premio Nobel per la chimica ai suoi scopritori (1995 - Paul Crutzen, Mario Molina e Sherry Rowland) ,in quanto si tratta di una combinazione di fenomeni fisici, chimici e metereologici:
nel corso dell'inverno polare a causa delle temperature bassissime raggiunte nella stratosfera (-80°C) si formano delle nuvole (Nubi Stratosferiche Polari) che contengono acqua, acido nitrico allo stato solido, biossido di azoto, metano e il cloro sottratto ai CFC dai raggi UV. Il cloro presente si combina però con gli altri componenti presenti nelle nuvole ed è pertanto inerte. Durante la primavera australe (il nostro autunno) queste nuvole sono investite dai raggi UV (durante l'inverno australe il sole non sorge) che causano una serie di reazioni chimiche che fanno si che le molecole formatesi precedentemente si scindano liberando il cloro contenuto, cloro che è libero di combinarsi con l'ozono presente distruggendone grandi quantità. Ad aggravare la situazione intervengono le correnti ad anello che spirano nella stratosfera attorno al Polo Sud durante l'inverno australe: con la loro velocità che può raggiungere i 400Km/h impediscono il rifornimento di ozono "fresco" permettendo così il formarsi del "Buco nell'Ozono".
La ciclicità stagionale del buco dell'ozono (o meglio l'aggravarsi del fenomeno durante la primavera australe) è stato ripetutamente riscontrato durante le osservazione scientifiche effettuate dal satellite Nimbus 7.
Ozono totale misurato il 20 Ottobre 1998
Ozono totale misurato il 20 Febbraio 1999
Un buco simile a quello australe ma molto più piccolo (assottigliamenti del 8% circa con punte del 30%) è stato rilevato anche sul Polo Nord ma non raggiunge le dimensioni di quello australe probabilmente a causa delle correnti ad anello che sono meno violente e più discontinue.
Il "Buco Artico" non è però meno grave in quanto si verifica in vicinanza di zone densamente popolate (nord Europa, Canada, Russia, ecc.) e i suoi effetti si combinano con l'assottigliamento comunque riscontrato anche a latitudini più basse a causa della circolazione generale dell'atmosfera.
La presa di coscienza della gravità del problema e i vari interventi normativi susseguitesi negli anni hanno fatto si che l'industria frigorifera dei paesi più industrializzati stia sempre più rapidamente convertendosi ai gas "verdi" ma il lavoro da svolgere è ancora tanto e bisogna ricordarsi che problemi come il Buco nell'Ozono e l'Effetto Serra sono il risultato di una serie di comportamenti scorretti (e non il risultato di un singolo agente) e che sopratutto la colpa non è solo degli altri ma che ognuno di noi ha contribuito alla distruzione dell'ozono atmosferico comportandosi come un piccolo tarlo: preso singolarmente non fa danni ma nell'insieme distrugge tutto.