Crolla il livello di triossigeno nell’atmosfera, scoperto nuovo enorme buco dell’ozono 7 volte più esteso di quello polare: approfondimento su ozono e ozonosfera


L’ozono, o triossigeno, è una forma allotropica dell’ossigeno dalla formula chimica O3. La molecola è formata da 3 atomi di ossigeno disposti a forma di triangolo, con un angolo tra gli atomi di 116,78°, il che la rende una molecola polare. La molecola può essere rappresentata come un ibrido di risonanza con due strutture limite, ciascuna con un singolo legame da un lato e doppio legame dall’altro.

Forme limite di risonanza della molecola di ozono

A causa delle sue proprietà chimiche non può dunque essere conservato, e deve essere prodotto al momento dell’uso.

L’OZONOSFERA

Tra i 15 ed i 35 km di altitudine c’è una zona dell’atmosfera nella quale è presente un’alta concentrazione di ozono, chiamata per l’appunto ozonosfera. L’ozono è uno degli elementi ossidanti più potenti in natura e per gli esseri viventi è altamente velenoso. È tuttavia un gas essenziale alla vita sulla Terra per via della sua capacità di assorbire le radiazioni: la luce solare che riesce ad arrivare sulla Terra è composta in prevalenza da radiazioni elettromagnetiche Ultraviolette (UV-A, UV-B, UV-C), Visibili e Infrarosse che hanno lunghezze d’onda corte comprese nello spettro che va da 100 a 800 nm.

L’ozonosfera riesce a schermare completamente le radiazioni UV-C. La radiazione UV-C viene assorbita dall’ossigeno biatomico O2 creando di fatto l’ozonosfera: l’ozono è creato proprio dall’azione degli UV-C che “rompono” le molecole di ossigeno (O2) in radicali che poi si aggregano, reagendo con un’altra molecola di ossigeno integra (O2), in molecole O3 (l’ozono).

    O2 + radiazione UV-C → O· + O·
    O· + O2 → O3

Gli UV-B (280-315 nm) vengono quasi completamente assorbiti dall’ozono nell’ozonosfera: infatti l’ozono assorbe la radiazione ultravioletta di lunghezza d’onda prossima ai 300 nm e si decompone.

    O3 + radiazione UV-B → O2 + O·

Gli UV-A (315-400 nm) sono la parte meno energetica della fascia ultravioletta e riescono facilamente ad attraversare lo strato di ozono e ad arrivare fino alla superficie terrestre. La luce visibile (400-749 nm), parte degli infrarossi (700 nm – 1 mm) [ma anche le microonde (0,1–10 cm) e le onde radio (≥ 10 cm), meno importanti ai fini energetici] sono le lunghezze d’onda che riescono a penetrare in modo più efficace l’atmosfera ed arrivare sulla superficie terrestre.

Ai fini dell’equilibrio dell’ozonosfera è doveroso segnalare un’altra reazione chimica. Durante la notte il radicale dell’ossigeno, monoatomico, precedentemente prodotto dalla rezione tra l’ozono ed i raggi UV-B, essendo altamente reattivo, si combina con l’ozono presente per formare due molecole di ossigeno biatomico.

O3 + O· → 2 O2

Per mantenere costante la quantità di ozono nella stratosfera queste reazioni fotochimiche devono essere in perfetto equilibrio fra di loro, ma sono facilmente perturbabili da molecole che possono interferire in questo equilibrio, come i composti clorurati (come i clorofluorocarburi), i bromurati e gli ossidi di azoto.

L’ozono si genera anche da molecole di ossigeno biatomico (O2) in prossimità di scariche elettriche, scintille e fulmini, secondo la seguente reazione:

3 O2 + energia → 2 O3

Siccome la reazione è endotermica, questa necessita dell’assorbimento di una certa quantità di energia, pari a circa 69000 calorie/mole, affinché avvenga.

I CLOROFLUOROCARBURI E L’OZONO

L’ozonosfera è più sottile all’equatore e più spessa ai poli, ma negli anni settanta si è scoperto che i clorofluorocarburi (CFC) potevano provocare una riduzione innaturale del suo spessore. Le molecole di CFC presenti nell’atmosfera come sostanze inquinanti infatti vengono dissociate dalle radiazioni ultraviolette e liberano atomi di cloro:

    CFCl3 + raggi x → Cl· (radicale)+ CFCl2· (radicale) (una delle possibili dissociazioni)
    Cl· (radicale) + O3 → ClO· (radicale) + O2
    ClO + O· (radicale) → Cl· (radicale) + O2

Gli atomi di cloro si combinano con l’ozono formando ossigeno biatomico e monossido di cloro. Il monossido di cloro si combina a sua volta con ossigeno monoatomico per formare ossigeno biatomico e ancora cloro. Il ciclo quindi continua: si stima che un singolo atomo di cloro possa distruggere 100 000 molecole di ozono prima di combinarsi con altre sostanze, come il metano, e tornare nella troposfera. Il problema dei danni causati all’ozono dai CFC assunse un nuovo aspetto a partire dal 1984, quando si scoprì il buco dell’ozono.

IL BUCO DELL’OZONO – cos’è?

Il buco dell’ozono è una riduzione ciclica dello strato di ozono stratosferico che si verifica, principalmente in primavera, sopra le regioni polari. La diminuzione può arrivare fino al 71% nell’Antartide e al 29% (2011) nella zona dell’Artide. La riduzione dell’ozono indica il generico assottigliamento dell’ozonosfera, una fascia della stratosfera che si è cominciato a studiare e rivelare a partire dalla fine degli anni settanta (stimata intorno al 5% dal 1979 al 1990). Con gli studi e i dati raccolti negli anni 2000 si sono svelate le dinamiche naturali del fenomeno del buco dell’ozono. Coesistono tre elementi principali:

  • La formazione dell’ozono, fotochimica, a partire dall’azione solare sulla molecola del normale ossigeno diatomico;
  • La ridistribuzione globale dell’ozono, che tende a impoverirsi o arricchirsi, in realtà variando lo spessore dello strato, per opera della circolazione globale;
  • La distruzione dell’ozono per opera di molecole reattive, principalmente alogenuri organici.

IL NUOVO BUCO DELL’OZONO

Sembra incredibile ma è stato appena scoperto un altro gigantesco buco nell’ozono nell’atmosfera terrestre, sfuggito fino ad oggi agli occhi degli scienziati. A rendere particolarmente inquietante la scoperta il fatto che il nuovo buco non solo ha la medesima profondità di quello antartico, ma è ben sette volte più esteso. A scoprire il buco dell’ozono tropicale, definito “per tutte le stagioni” (quello antartico ha un’estensione variabile su base stagionale), è stato lo scienziato cinese Qing-Bin Lu, ricercatore presso il Dipartimento di Fisica e Astronomia e i Dipartimenti di Biologia e Chimica dell’Università di Waterloo, in Canada. Lo studioso lo ha identificato combinando dati osservativi e modelli matematici dedicati ai raggi cosmici. Ciò gli ha permesso di rilevare sui tropici meccanismi fisici paragonabili a quelli che si verificano sopra l’Antartide, alla base del fenomeno.

L’esaurimento dello strato di ozono può portare a un aumento della radiazione ultravioletta a livello del suolo,che, a sua volta – afferma Lu – può aumentare il rischio di cancro della pelle e cataratta, può indebolire il sistema immunitario, diminuire la produttività agricola e influenzare negativamente gli organismi acquatici e gli ecosistemi sensibili”.

EFFETTI SULLA SALUTE

Tutta la vita sulla Terra dipende dall’esistenza di un sottile schermo di un gas velenoso, in alto nell’atmosfera: lo strato di ozono.

(Ozone Secretariat, UNEP, “Action on Ozon)

Lo strato di ozono assorbe quasi tutte le dannose radiazioni ultraviolette, in particolare quelle chiamate UV-B al 95% e totalmente le UV-C (ovvero quelle che recano maggiormente danno all’epidermide), ma lascia trapassare quasi totalmente i raggi UVA (UV-A). Quindi, se lo strato si riduce, aumenta la quantità di radiazioni che raggiunge la superficie terrestre. Queste radiazioni, in quantità minime non sono dannose, anzi sono utili: per esempio, sono importanti nella nostra formazione della vitamina D. A dosi maggiori, però, questi raggi ultravioletti hanno effetti deleteri su tutta la vita di microrganismi, animali, piante, addirittura le materie plastiche risentono dei loro effetti. In particolare, negli uomini esposizioni prolungate a radiazioni ultraviolette sono associate con:

  • danni agli occhi: cecità da neve, cancro e cataratta;
  • alterazioni del sistema immunitario;
  • tumori alla pelle, melanomi, carcinomi (e associate mortalità; maggiore è l’esposizione, maggiore può essere la gravità della malattia, soprattutto nei bambini);
  • accelerazione del photoaging (invecchiamento cutaneo);

Anche gli animali sono soggetti a danni simili: carcinomi associati all’esposizione solare ambientale sono stati riscontrati in cavalli, gatti, cani, capre, pecore e nel bestiame in generale.

*(l’apice ° indica un radicale, cioè un atomo od una molcola con almeno un elettrone spaiato e quindi particolarmente reattiva)


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