ozonosfèra
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Descrizione generale
sf. [ozono+-sfera]. Strato dell'atmosfera compreso tra 15 e 80 km d'altezza dal suolo caratterizzato dalla presenza di piccole quantità di ozono. La concentrazione di ozono, variabile secondo la stagione e l'ora del giorno, raggiunge il valore massimo, pari a 0,02 cm/km (concentrazione espressa in spessore equivalente, cioè con lo spessore di uno strato d'ozono puro contenuto in uno strato d'aria di 1 km), intorno ai 25 km. A tale concentrazione l'ozono, che si forma per fotodissociazione dell'ossigeno molecolare e successiva ricombinazione, può assorbire le radiazioni ultraviolette solari inferiori ai 300 mμ di lunghezza d'onda, agendo da schermo protettivo per la vita del nostro pianeta. Lo strato presente sui 25 km, più caldo rispetto agli strati inferiori a causa della decomposizione esotermica dell'ozono, svolge inoltre un'importante funzione regolatrice della temperatura della bassa atmosfera. In origine l'atmosfera terrestre non conteneva ossigeno e tanto meno ozono che è un suo derivato. Circa tre miliardi di anni fa, l'ossigeno presente nell'atmosfera era solo una decina di parti per milione in volume, mentre 400 milioni di anni fa, a seguito dell'azione di molti microrganismi (Batteri, Funghi, Alghe, ecc.) e poi dei processi di fotosintesi delle piante e della degassificazione delle rocce silicatiche, il livello era giunto al 10% degli attuali livelli di ossigeno in atmosfera. L'andamento dell'accumulo di ozono in stratosfera è andato di pari passo con la formazione progressiva della ozonosfera. Quando l'ozonosfera raggiunse una consistenza tale da eliminare la maggior parte della radiazione ultravioletta solare particolarmente dannosa per la vita animale sulla Terra, i primi organismi non vegetali viventi, che per sopravvivere erano costretti a essere confinati nelle profondità oceaniche, cominciarono pian piano ad andare verso la superficie dei mari e poi a invadere le terre e i continenti. Pertanto, la formazione dell'ozonosfera è stato un fattore determinante perché la vita animale sulla Terra si evolvesse in tutte le sue forme fino all'uomo.
Condizioni nel XX secolo
Nel sec. XX l'ozono stratosferico presente nell'ozonosfera è quasi in condizioni di equilibrio (equilibrio fotochimico) con concentrazioni maggiori nella stratosfera equatoriale e minori nella stratosfera dei due poli terrestri. L'ozono viene attivamente formato al di sopra della zona equatoriale e trasportato costantemente verso le zone polari attraverso processi di diffusione e di trasporto da parte dei venti stratosferici. L'equilibrio che si stabilisce, e che non è esattamente un equilibrio fotochimico, dovrebbe portare a una diminuzione di ozono nella ozonosfera, passando dall'equatore ai poli, che dovrebbe essere regolare e in funzione solamente della latitudine. In realtà sono state osservate variazioni e oscillazioni periodiche, anche molto sensibili soprattutto nella stratosfera antartica, le cui cause non sembra possano esclusivamente attribuirsi a fenomeni naturali. Tra i fattori non naturali, le ricerche finora condotte hanno messo in evidenza che alcuni inquinanti prodotti dalle attività umane, quali gli idrocarburi fluorurati e clorurati (tra cui i clorofluoroidrocarburi o CFC), sono in grado di distruggere l'ozono stratosferico e quindi assottigliare l'ozonosfera in alcuni punti critici, come l'ozonosfera polare e in particolare l'ozonosfera antartica: in questa zona, infatti, a partire dal 1975, la quantità di ozono è diminuita fortemente con un aumento parallelo degli ossidi di cloro tanto da far parlare di “buco dell'ozono” sull'Antartide. Analoghi fenomeni sono stati individuati anche nell'emisfero settentrionale. Le ricerche scientifiche in corso cercano di chiarire l'influenza delle attività umane sulla ozonosfera e l'interazione negativa tra cause di origine antropica e processi naturali oltre che dell'equilibrio termico sulla Terra. In linea di massima è stato valutato un assottigliamento medio dell'8% ogni dieci anni. Importanti sono i possibili effetti sanitari sulla popolazione derivanti da una ridotta capacità filtrante della radiazione ultravioletta da parte dell'ozonosfera, nonché gli effetti sulla produttività degli ecosistemi agricoli e di quelli marini (per esempio distruzione del fitoplancton). Non trascurabili anche le conseguenze derivanti dall'alterazione della funzione dell'ozonosfera nella regolazione della temperatura della bassa atmosfera e le sue conseguenze valutabili in un non secondario contributo alla modificazione del clima (vedi effetto serra). In attesa che si faccia chiarezza scientifica, molti governi a livello mondiale hanno stipulato accordi internazionali (Protocollo di Montréal, 1987, emendato nel 1997, e Protocollo di Londra, 1990) per una riduzione della produzione e del consumo dei clorofluorocarburi. In Italia i principi affermati nelle convenzioni internazionali e nella normativa comunitaria si sono tradotti nella legge 28 dicembre 1993, n. 549, che stabilisce misure a tutela dell'ozono stratosferico e dell'ambiente. Il Protocollo di Montréal ha incontrato vari ostacoli. Grandi aziende dei Paesi occidentali hanno esitato a rinunciare agli investimenti dedicati alla produzione di CFC e i Paesi a economia pianificata hanno denunciato diverse difficoltà. Gli Stati Uniti e l'Unione Europea hanno dichiarato nel 1989 che avrebbero cessato la produzione dei cinque più comuni CFC entro il 2000, e la decisione è stata poi condivisa a Londra nel 1990 da altri 90 Paesi Ulteriori misurazioni di satelliti hanno però mostrato l'anno seguente che la distruzione dell'ozono procedeva più velocemente di quanto si fosse stimato e altri paesi si sono impegnati a cessare la produzione di CFC entro il 2010.
Condizioni nel XXI secolo
Dai primi anni del secolo XXI dopo studi più approfonditi sulla meteorologia delle zone polari, alcuni scienziati sostengono che il buco dell'ozono possa essere un fenomeno del tutto naturale, legato a particolari condizioni meteorologiche delle zone polari. Si è notata la formazione di nubi di cloro all'interno del vortice polare che si forma durante la stagione invernale: proprio queste nubi che risalgono durante la stagione primaverile sarebbero alla base della dissociazione dell'ozono sopra i poli. Recenti scoperte hanno permesso di penetrare ancora più profondamente nei meccanismi che regolano il ciclo dell'ozono: è stata osservata la relazione tra le basse temperature presenti nei vortici polari e la formazione delle nuvole stratosferiche il cui contenuto è rappresentato da cloro, che è il soggetto chimico alla base delle reazioni a cascata che determinano il dissolvimento delle molecole di ozono tramite complessi processi fotochimici. Questo spiega la differenza che esiste tra l'assottigliamento dell'ozono nella zona artica e nella zona antartica: più freddi sono i vortici polari e maggiori saranno le nubi di cloro formate e il conseguente assottigliamento dello strato di ozono. Più disturbati da azioni meccaniche esterne (correnti oceaniche, presenza di terre) sono i vortici polari, tanto più la fascia di ozono sopra i poli si mostra sensibile al fenomeno dell'assottigliamento. Il fisico Qing-Bin Lu ha dimostrato che esiste una corrispondenza tra l'attività del Sole (in particolare tra la quantità di radiazioni solari che raggiungono le fasce stratosferiche) e l'allargamento o restringimento del buco dell'ozono. Si è trovata una corrispondenza tra la temperatura registrata all'interno dei vortici polari e la grandezza del buco dell'ozono (in particolare si è notato che un allargamento del buco dell'ozono è in stretta relazione con l'espansione del ghiaccio antartico). Grazie agli studi pubblicati nell'aprile 2009 dall'Istituto Nazionale di Fisica della Materia di Sassari e dall'Università tedesca di Bochum, si è riusciti a ricostruire quello che era rimasto un mistero: la reazione chimica alla base della distruzione dell'ozono nella stratosfera. Nella reazione tra quattro molecole di acqua e una di cloruro di idrogeno, il cloruro, cedendo un protone, fa sì che si generi la più piccola goccia d'acido cloridrico: l'energia che innesca questa reazione deriva proprio dal processo di avvicinamento delle molecole che genera l'energia cinetica (e quindi termica) necessaria a causare la reazione tra cloro e ozono anche alle basse temperature stratosferiche. Nel 2000 la produzione di CFC è scesa dal suo massimo di un milione di tonnellate (raggiunto nel 1988) a meno di 100.000 tonnellate per anno, grazie anche all'introduzione dei meno dannosi idroclorofluorocarburi (HCFC); per alcune applicazioni (come i condizionatori per automobili), si è passati anche all'uso di idrofluorocarburi (HFC) che, non contenendo atomi di bromo o di cloro, non sono dannosi per lo strato di ozono (ma che sono comunque dei potenti gas serra). Attualmente la produzione di CFC è nulla e le emissioni sono quindi quasi nulle (a parte i vecchi impianti frigoriferi e antiincendio ancora in esercizio). Il “buco nell'ozono” sta però continuando ad aumentare, data la stabilità della molecola di cloro e probabilmente a causa del massiccio uso del bromuro di metile come pesticida fumigante in agricoltura.