L'Ozonosfera e il suo ruolo per la vita sulla terra.

Effetti antropogenici.

(Belviso-Petaroscia)

L'ozono è una forma allotropica dell'ossigeno. La sua molecola, infatti, contiene 3 atomi di ossigeno.
In formula: O₃

Da un punto di vista chimico, la molecola di ozono si forma per azione della radiazione ultravioletta sull'ossigeno molecolare di formula: O_2.

La massa totale dell’ozono contenuta nell’atmosfera terrestre non arriva a un milionesimo della massa dell’atmosfera stessa, la sua massima densità numerica, nella stratosfera, non supera mai 6*10¹² molecole/cm³.

La sua presenza nella stratosfera è essenziale per la nostra vita, poiché l’ozono è l’unico costituente atmosferico capace di assorbire efficacemente, nella banda di Hartley, la radiazione solare UV nell’intervallo spettrale compreso tra 2000 e 3000 Ampere[A].

L’ozono presente nella stratosfera assorbe oltre il 99% della radiazione solare di lunghezza d’onda inferiore a 3200 A :se la superficie della terra non fosse protetta dallo schermo costituito dall’ozonosfera , all’aperto noi non potremmo sopravvivere.

La produzione globale di ozono è di circa 5*10³¹ molecole/s , pari a 4*10⁶ Kg/s.

La velocità di formazione dell’ozono è maggiore a tropici e nelle zone equatoriali , ma la sua distribuzione sul globo è determinata anche dalla circolazione atmosferica.

Si chiama ozono totale la massa di ozono contenuta in una colonna che si estende indefinitamente per tutta l’atmosfera e ha la base di area unitaria.

Spesso l’ozono totale viene espresso nell’unità ATM-CM. Le misure hanno mostrato che l’ozono totale presenta forti variazioni da un giorno all’altro e anche variazioni regolari con la latitudine e con la stagione.

La massa dell’ozono esistente in media nella stratosfera è di  4,2*10¹² Kg.
Tale valore risulta dall’equilibrio dinamico tra la sorgente (UV solare) e i pozzi, tra cui predomina ciclo catalitico dell’azoto scoperto nel 1971.

L’inquinamento atmosferico costituisce un problema assai serio delle civiltà industriali :a proposito della composizione dell’atmosfera abbiamo citato alcuni dei principali inquinamenti lasciando peraltro la trattazione organica dell’argomento della voce Meteorologia.

D’altra parte , all’inizio degli anni settanta , l’avvento degli aerei supersonici ha esteso il problema dell’inquinamento anche della stratosfera.

La combustione degli idrocarburi impiegati dagli aerei a reazione produce gas di scarico costituiti principalmente da acqua e anidride carbonica a cui si aggiungono piccole quantità di ossidi e di azoto, di zolfo e di carbonio .

Il pericolo proveniente dagli aerei supersonici stava negli ossidi di azoto che potevano alterare l’equilibrio dell’ozonosfera , provocando una diminuzione dell’ozono globale.

L’eventuale deplezione antropogenetica dell’ozono, ha destato serie preoccupazioni per le gravi conseguenze che esso può avere per l’ambiente, inoltre aumenterebbe il flusso al suolo dell’UV solare che già vi perviene normalmente.

La radiazione di lunghezza d’onda minore di circa 3200 A arreca danno agli organismi inducendo reazioni fotochimiche negli acidi nucleici e nelle proteine all’interno delle cellule.

Sugli uomini , gli effetti nocivi della radiazione ultravioletta sono limitati agli occhi e alla pelle, poiché l'UV non penetra al di là dell'epidermide; peraltro l'UV-B è in grado di alterare il DNA.

La nocività della radiazione UV biologicamente dannosa (DUV) si ottiene moltiplicando la distribuzione spettrale dell'intensità dell'UV-B solare:

essa prende il nome di intensità della DUV. Da alcuni anni sono noti fatti che collegano l'incidenza del tipo più comune di cancro della pelle. Un terzo della popolazione degli Stati Uniti appartiene a questa categoria.

Il cancro della pelle non-melanomico è raramente mortale ma comporta cure mediche. Gli effetti biologici di una riduzione dell'ozono riguardano anche la flora e la fauna. Oltre gli effetti biologici, l'ozono potrebbe anche influire sul clima.

Data la complessità dei problemi sollevati la scienza è ancora lontana dal poter valutare con sicurezza tutti gli effetti biologici, climatici ed ecologici di una eventuale deplezione dell'ozono. L'inversione di temperatura caratteristica della stratosfera ostacola fortemente il rimescolamento verticale. Alcuni scienziati valutarono che la prevista flotta di 500 aerei supersonici avrebbe provocato una diminuzione del 23% dell'ozono globale. Il progetto non fu approvato ma diede origine a un vasto programma interdisciplinare (CIAP , Climatic Impact Assessment Program) per valutare i danni all'ambiente prodotti dall'impiego di flotte di aerei supersonici. Dopo 4 anni di intesa attività il CIAP ha concluso che la deplezione dell'ozono era valutabile nell'ordine dello 0, 1% mentre risultavano assai più nocivi gli aerei supersonici poiché essi volavano a quote elevate emettendo quantità di ossidi di azoto nella stratosfera . Secondo il CIAP, una flotta di 100 Concorde avrebbe prodotto una deplezione dell'ozono dello 0,4 % laddove una flotta di aerei supersonici avrebbe provocato una deplezione dell'1,7%.

Queste previsioni erano soggette ad un ampio margine di incertezze sia ad una inadeguata schematizzazione dei complessi fenomeni di trasporto sia all'imprecisione con cui erano noti alcuni parametri delle reazioni chimiche stratosferiche.

Recentemente è stato scoperto una forte interdipendenza tra i cicli catalitici dell'azoto e del cloro , responsabili della distribuzione dell'ozono: la capacità di rimuovere l'ozono diminuisce se aumenta la concentrazione dell'altro elemento.

Abbiamo ricordato che l'ossido d'azoto presente nella stratosfera proviene dell'ossidazione di N2-O .

Le masse di questa prodotte globalmente dagli oceani e dal suolo sono note entro un ordine di grandezza .Tra i fattori che determinano la produzione di N2-O nel suolo è incluso l'impiego di fertilizzanti azotati essenziali per produrre cibo sufficiente a nutrire la popolazione mondiale: nel 1974 i fertilizzanti azotati hanno contribuito il 15% dell'azoto fissato globalmente.

Il corrispondente incremento nell'attività denitrificante dovrebbe causare un aumento dell’intensità della sorgente microbiologica di N2-O , con una conseguente deplezione dell’ozono.

Recentemente è stata effettuata una stima dell’effetto sull’ozono delle esplosioni nucleari, calcolando la massa e la distribuzione dell’ossido d’azoto prodotto dalla detonazione di bombe termonucleari per complessivi 5000 megatoni (MT).

E’ opinione degli esperti che, in caso di guerra nucleari, i danni arrecati alle popolazioni civili della parziale distruzione dell’ozonosfera sarebbero superiori a quelli prodotti dal fall-out radioattivo.

Alcuni anni fa è stato scoperto che l’equilibrio dell’ozonosfera può essere alterato anche dalla presenza di quantità estremamente piccole di gas quali il cloro e il bromo.

Il cloro antropogenico proviene principalmente dall’impiego dei clorofluorocarburi (CFC) nell’industria del freddo e nelle bombolette spray, mentre il bromo deriva dall’impiego del bromuro di metile in agricoltura.

L’osservazione diretta di una diminuzione dell’ozono attribuibile ai CFC non è possibile a causa delle fluttuazioni naturali nell’andamento a lungo termine dell’ozono.

La valutazione ufficiale completa più recente è quella del CISC (Committee on Impacts of Stratospheric Change),appositamente costituito negli Stati Uniti: secondo la conclusioni a cui il CISC è prevenuto nel 1979 ,se l’emissione di CFC nell’atmosfera continuerà indefinitamente ai livelli del 1976, il valore più probabile della deplezione dell’ozono sarà del 4% fra 15 anni arriverà all’8% tra circa 35 anni per stabilizzarsi infine sul 16%.