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E intanto…’sto buco dell’ozono? (Parte seconda)

Nella prima parte di questo post si è preso spunto da una fiction televisiva in cui si faceva confusione tra i problemi del “buco dell’ozono” e del riscaldamento globale. Ora aggiungiamo alcuni dettagli.

La danza dell’ozono

Questo gas si forma nella stratosfera (tra 15 e 50 km di altezza) per azione di raggi ultravioletti (UV) molto energetici, che spaccano le molecole biatomiche dell’ossigeno in due atomi separati, molto reattivi, che aggrediscono altre molecole di O2 trasformandole in O3 triatomico; quest’ultimo può essere scisso in O2 e O da altri raggi UV un po’ meno energetici. Si stabilisce un “equilibrio oscillante”, una danza, tra giorno e notte, con formazione prevalente di O3 di giorno e sua diminuzione di notte a causa di reazioni chimiche parassite. Queste reazioni operano anche di giorno, contribuendo a distruggere parzialmente l’ozono a qualsiasi latitudine.

La circolazione atmosferica in quota tende a uniformare la distribuzione dell’ ozono, tranne che nell’atmosfera al di sopra dell’Antartide, dove la circolazione rimane chiusa e c’è poco scambio con l’aria non antartica (Figura 1).
Il problema è importante perché l’ozono assorbe gran parte della radiazione ultravioletta più nociva per gli esseri viventi (tale radiazione altera o distrugge il DNA e provoca tumori della pelle), tanto è vero che la vita ha potuto svilupparsi al di fuori degli oceani soltanto dopo la trasformazione dell’atmosfera primitiva, da anossica ad ossigenata, promossa dall’attività delle alghe e delle piante foto sintetiche, e dalla conseguente formazione di uno strato di ozono.

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Figura 1. Il Vortice antartico

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L’allarme per la formazione del buco dell’ozono

Alla metà degli anni ’80, con la presenza di stazioni scientifiche in Antartide e con l’uso dei satelliti (Figura 2), si scatenò l’allarme nella conunità scientifica perché lo strato di ozono stratosferico non si riformava più con la stagione estiva australe e rimaneva una pericolosa sacca di assenza che si estendeva anche al di là dei margini del continente (vedi qui).

La colpa fu subito attribuita alla presenza, riscontrata sperimentalmente nei ghiacci di formazione recente, di composti sintetici, tra i quali i CFC (clorofluorocarburi). Questi sono coinvolti in un ciclo di reazioni fotochimiche e chimiche che, durante la stagione fredda, trasformano la molecola di ozono in ossigeno biatomico, alterando il ciclo naturale.

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Figura 2. Le indagini sull’ozono stratosferico in Antartide: in grigio i volumi di atmosfera che le varie metodologie possono esplorare.

Ciò era stato previsto già dagli studi sulla chimica dell’atmosfera da parte di Molina, Rowland e Crutzen (cui in seguito fu conferito il premio Nobel) che avevano mostrato che gli atomi di cloro sono catalizzatori molto efficienti per la decomposizione delle molecole di ozono nella parte superiore dell’atmosfera. In questo processo, una molecola di ozono (O3) e un atomo di ossigeno (O) vengono convertiti in due molecole di ossigeno (O2):

Cl + O3 → ClO + O2

ClO + O → Cl + O2

Poiché l’atomo di cloro viene rigenerato dal processo, pochi atomi di cloro sono in grado di distruggere anche 1000 molecole di ozono (il processo ha termine quando due atomi di cloro si combinano per dare la molecola Cl2). Queste reazioni non solo distruggono l’ozono, ma impediscono anche che esso si formi. Infatti gli atomi di ossigeno, generati dalla scissione della molecola O2 ad opera dei raggi ultravioletti del Sole, che normalmente si addizionerebbero a molecole di O2 per dare molecole di O3, sono catturati dalle molecole di ClO.

Come mai i CFC gassosi che sfuggono ai compressori dei frigoriferi e dei condizionatori, o emessi dalle bombolette spray distruggono l’ozono stratosferico?
Ebbene, succede che i CFC, pur essendo relativamente pesanti, riescono a giungere in alta quota in quanto non reagiscono con l’atmosfera e non sono solubili nelle piogge. Quando giungono nella stratosfera, i raggi ultravioletti del Sole spezzano il legame cloro-carbonio con formazione di atomi di cloro che, come descritto sopra, distruggono a loro volta lo scudo di ozono che ci protegge dalle radiazioni solari. Ciò avviene prevalentemente sull’Antartide (da cui il termine “buco dell’ozono”), ma è un fenomeno che riguarda tutta la stratosfera terrestre, per la quale si può parlare solo di assottigliamento dello strato di ozono. In realtà nel ciclo naturale sono coinvolti altri composti clorurati come l’acido cloridrico anidro (HCl) di origine vulcanica o sostanze contenenti bromo emesse dalle alghe. Infine nella formazione del “buco” antartico giocano altri meccanismi, in cui intervengono gli ossidi di azoto, a suo tempo tra i primi sospettati, e la formazione di nubi stratosferiche che li assorbono insieme al ClO e li restituiscono con il riscaldamento primaverile.

Questa scoperta ha portato a bandire l’uso dei CFC in molti paesi e ha indirizzato le ricerche e la sperimentazione verso nuovi tipi di gas. Fu possibile giungere abbastanza rapidamente al Protocollo di Montreal (1987) e ai successivi Trattati operativi, perché le grandi multinazionali avevano già pronta la tecnologia alternativa per la produzione degli idroclorofluorocarburi HCFC (a vita relativamente breve in atmosfera), degli idrofluorocarburi (HFC) e dei fluorocarburi (FC) entrambi privi di cloro.
La situazione era ben diversa quindi dall’attuale battaglia politica ed economica contro l’utilizzo dei combustibili fossili, responsabili del GW di origine antropica, nonché dell’inquinamento urbano e transnazionale.

Il Protocollo di Montreal ebbe diverse opposizioni iniziali e non fu approvato fino al 1999 (accordo di Pechino) dai Paesi emergenti, come l’India, la Cina, l’Indonesia, che non avevano una tecnologia alternativa pronta e potevano solo comprare gli FC e gli HFC dalla Dupont o altre grandi aziende.

Buco dell’ozono (antartico) e il riscaldamento globale

Ma la storia non è finita. Si capì subito che mentre i CFC erano pericolosi principalmente per l’attacco allo strato di ozono, FC, HFC e HCFC presentavano una insidia a lungo termine. Infatti i primi sono pressoché immortali: non vi è processo naturale che li distrugga. I secondi possono essere solo aggrediti dai rari radicali OH che ne possono asportare l’atomo di idrogeno, avviandone la distruzione per ossidazione in atmosfera: ma anche in questo caso la vita media è stata calcolata in centinaia di anni. E tutti questi composti, molto efficaci come effetto serra, contribuiranno lentamente al suo incremento ulteriore. Alcune aziende infatti si stanno orientando ad utilizzare fluidi frigoriferi organici e non tossici, in grado di essere metabolizzati dai meccanismi atmosferici naturali, una volta dispersi nell’atmosfera stessa. L’industria produce anche molti altri solventi e composti chimici contenenti cloro o bromo, ma tutti questi sono liquidi o solidi poco volatili e molto pesanti: la loro pericolosità per la salute è invece legata alla diffusione nell’ambiente attraverso la dispersione come aerosol o per l’inquinamento delle acque

Una conclusione

La vicenda del “buco dell’ozono” ci insegna molte cose: prima di tutto, che le sostanze chimiche, a differenza degli uomini, vanno considerate colpevoli finché la loro innocenza non è provata; inoltre, l’industria chimica interviene mano a mano che i problemi si presentano e richiede tempo e investimenti per approntare nuove tecnologie produttive. Nel caso dei CFC si è trattato solo di convertire la produzione di HFC e FC, già pronta per altri scopi industriali. È chiaro che la cosa importante è estendere il più possibile, preventivamente, le conoscenze sulle conseguenze sulla salute umana e sull’ambiente prima di immettere nell’ambiente stesso i prodotti di qualsiasi nuova produzione di massa.
Un’analisi critica e un bilancio sulla situazione attuale e futura dello strato di ozono stratosferico è riportato in questo rapporto WMO/UNEP (qui l’executive Summary), in cui si parla anche dei legami con il riscaldamento globale in corso, tema che sarà oggetto della terza parte.

Testo di Guido Barone, con contributi di Andrea Bigano, Claudio Cassardo, Sylvie Coyaud e Stefano Caserini. Grafica di Marco Barone

3 responses so far

3 Responses to “E intanto…’sto buco dell’ozono? (Parte seconda)”

  1. Giovanni Dittaon Feb 28th 2011 at 09:17

    credo che il vero problema abbia a che fare con gli interventi postumi.
    Un po’ per pigrizia, molto per interesse, non di rado per ignoranza, i rimedi arrivano quando “i buoi sono usciti”. Purtroppo non ho suggerimenti correttivi. Spero nei giovani. ricercatori, se verrà data loro la possibilità di “ricercare”!

  2. oca sapienson Mar 4th 2011 at 16:47

    @Guido Barone
    “sostanze chimiche… colpevoli”
    Diciamo “sospette” fino a conclusione delle indagini. Alcune fanno bene e non vorrà scoraggiare i giovani ricercatori di cui parla Giovanni Ditta, vero?

  3. […] vortice che isola tutta l’atmosfera del continente dal resto della circolazione globale (vedi la parte seconda di questo post). In altre parole, il riscaldamento globale sta interagendo con il recupero dello strato di ozono […]