Buco-del'ozono
in foto: credit: NASA.

Se avete sentito parlare di buco dell'ozono ma senza capire concretamente di cosa si tratti, state leggendo l'articolo giusto. Partiremo dalle basi, spiegando che cos'è l'ozono, dove si trova e perché è “bucato”. Tratteremo anche di alcune sostanze ormai bandite, gli ODS o ozone depleting substances, che hanno un ruolo fondamentale nell'assottigliamento dell'ozonosfera – la porzione di atmosfera ricca di ozono – scoprendo quali sono le conseguenze di questo fenomeno.

Che cos'è l'ozono?

L'ozono è una molecola altamente reattiva composta da tre atomi di ossigeno legati tra loro (O3) e si trova sia nella stratosfera che nella troposfera. A seconda di dove si trova nell'atmosfera, l'ozono influenza la vita sulla Terra in modo positivo o negativo.
L'ozono stratosferico si forma naturalmente attraverso l'interazione della radiazione solare ultravioletta (UV) con l'ossigeno molecolare (O2).  La sua presenza nella stratosfera è fondamentale per il nostro benessere, perché ci fa da “scudo” contro i raggi ultravioletti provenienti dal Sole prima ancora che raggiungano la superficie terrestre. Ricordiamoci che l'ozono è anche un gas serra in grado di trattenere il calore terrestre.

Quando sentiamo parlare di O3 non intendiamo la molecola di per sé, ma la sua concentrazione nell'ozonosfera, situata tra circai 15 e 35 km di quota.
A volte potremmo aver sentito parlare di ozono troposferico: non facciamo confusione! È la stessa molecola, ma in prossimità della superficie terrestre è un inquinante in grado di causare effetti dannosi alla salute umana, sulla vegetazione e sugli ecosistemi. Si forma a causa di reazioni chimiche a partire da sostanze emesse principalmente da attività antropiche: ne parliamo più nel dettaglio in questo articolo sull'inquinamento.

L'O2 viene spezzato da fotoni UV ad alta energia e si riforma come O3 (Credit: NASA/Goddard Space Flight Center Scientific Visualization Studio)

L'ozono naturalmente si forma e si distrugge in maniera ciclica a partire dall'ossigeno O2 grazie ad un'azione continua dei raggi UV-B e UV-C. Questo equilibrio naturale, però,  è alterato dai gas serra, inquinanti e molecole "antagoniste" di origine antropica che riducono la concentrazione di ozono assottigliandone lo strato ulteriormente.

Perché si forma il buco dell'ozono?

Chiariamo una cosa: il “buco” dell’ozono concretamente non è una fessura: è scientificamente più corretto immaginarlo come un assottigliamento, ovvero una riduzione ciclica dello spessore dell'ozonosfera, lo strato dell'atmosfera terrestre che protegge il nostro pianeta dai raggi solari nocivi.
Sta avvenendo in maniera massiccia da quando l'attività antropica sta emettendo in atmosfera grandi quantità di sostanze ricche in cloro, bromo e fluoro, cioè gli ozone depleting substances (ODS), i cui rappresentanti sono i famigerati clorofluorocarburi (CFC) e bromofluorocarburi (BFC).
I CFC sono sostanze gassose piuttosto stabili formate da cloro, fluoro e carbonio, utilizzate come refrigeranti, nella produzione di schiumogeni, bombolette spray e polistirolo espanso. Se irradiati dalla luce solare possono liberare cloro, che reagisce con l'ozono, spezzandone i legami e diminuendone la concentrazione nell'ozonosfera. La stessa cosa vale per i BFC, che però contengono bromo, anch'esso reattivo nei confronti della molecola di ozono. Essendo estremamente dannosi per l'O3, i CFC sono stati banditi secondo il Protocollo di Montreal. Pensate che un singolo atomo di "cloro libero" può causare la distruzione di migliaia e migliaia di molecole di ozono!

Quando e dove lo strato di ozono si assottiglia?

Grazie ai dati ottenuti da satelliti e palloni aerostatici, negli anni Settanta gli scienziati si sono resi conto per la prima volta di un assottigliamento dello strato di ozono intorno all’area del Polo Sud. Diverse molecole di origine antropica stavano infatti salendo nell'ozonosfera, intaccandone lo strato.
L'assottigliamento è ciclico e avviene principalmente in Antartide e nelle regioni polari. Di norma la formazione del "buco" accade durante la primavera australe (cioè durante il nostro autunno) e tende a richiudersi subito dopo.
Vi chiederete perché ai poli e perché in primavera… bella domanda!
Per motivi meteorologici nelle zone artiche e antartiche si vengono a formare delle grosse masse d'aria molto fredda chiamate "vortici polari". Sono ricchi di nuvole d'alta quota sulla cui superficie si concentrano cloro, bromo e ODS: in presenza di forte irraggiamento si innesca la reazione di scissione dell'ozono, per i processi visti sopra.

Nel video realizzato dalla NASA sui dati 2020, è possibile vedere come lo strato di ozono si assottigli (in blu) tra agosto e dicembre – periodo in cui si formano i vortici polari sull'Antartide.

Conseguenze sulla vita e leggi ad hoc

L'assottigliamento dello strato di ozono è una condizione preoccupante per la vita, perché la protezione dai raggi UV è ridotta: le conseguenze potenziali sono il danneggiamento del DNA, una minor produzione agricola, l'impoverimento del fitoplancton oceanico, tumori alla pelle, problemi agli occhi e alla vista e un indebolimento del sistema immunitario. La radiazione diretta senza questo "scudo" naturale potrebbe danneggiare irreparabilmente la vita sulla Terra: pensate che l'ozonosfera è in grado filtrare la maggior parte delle radiazioni UV nocive proveniente dal Sole.
Nel 1987 con il Protocollo di Montreal vennero sanciti degli accordi internazionali volti al contenimento dei danni da CFC, HFC (idrofluorocarburi), halon e altre sostanze ozonolesive, promuovendo la sostituzione con gas di proprietà simili ma non direttamente legati a quegli effetti collaterali di cui abbiamo parlato. Oltre al programma di eliminazione, il Protocollo sancisce e disciplina la comunicazione dei dati di monitoraggio, gli scambi commerciali tra Paesi firmatari e l'assistenza tecnica nei confronti dei Paesi in via di sviluppo.

Qual è la situazione ad oggi?

Da un recente studio (Ball et al., 2018) sembra che lo strato di ozono non si stia assottigliando solamente ai poli, bensì anche nell'area compresa tra 60°S e 60°N al di fuori delle regioni polari, ovvero nelle zone temperate e tropicali. Questi ambienti sono maggiormente abitati ed è quindi chiaro come una diminuzione dell'ozonosfera possa essere un fattore di rischio grave per la salute umana e degli ecosistemi, ancor più che a livello dei poli.

L'andamento dell'ozonosfera è stato monitorato per oltre quarant'anni dall'Organizzazione Meteorologica Mondiale (WMO) utilizzando strumenti satellitari e sonde chiamate "ozone balloons" in grado di trasmettere dati a terra sullo stato dell'ozono stratosferico (foto nel tweet). A fine 2020 lo strato di ozono sopra l'Antartide si è progressivamente inspessito fino a "chiudersi". Le stime della Nasa prevedono che il buco dell'ozono si ridurrà entro il 2070 circa, fino a raggiungere le dimensioni che aveva nel 1980. Questo perché, sebbene la concentrazione delle sostanze chimiche vietate dal Protocollo di Montreal sia in calo, queste si trovano ancora nell'atmosfera e continuando a reagire con l'ozono. Secondo la Nasa ci vorranno decenni per tornare ad una concentrazione globale di ozono paragonabile ai livelli preindustriali.

Potete verificare lo stato di avanzamento del buco dell'ozono sul sito della NASA.

Bibliografia

Ball, William T., et al. “Evidence for a Continuous Decline in Lower Stratospheric Ozone Offsetting Ozone Layer Recovery.” Atmospheric Chemistry and Physics, vol. 18, no. 2, 2018, pp. 1379–1394.
Banerjee, Antara, et al. “A Pause in Southern Hemisphere Circulation Trends Due to the Montreal Protocol.” Nature, vol. 579, no. 7800, 2020, pp. 544–548.
NOAA – Ozone hole 2019
The Stratospheric Ozone Electronic Textbook – NASA's Goddard Space Flight Center Atmospheric Chemistry and Dynamics Branch
Dyominov, I. & Zadorozhny, A. M.. (2005). Contribution of natural and anthropogenic factors to long-term changes in the earth's ozone layer at the end of the 20th century. Izvestiya Atmospheric and Oceanic Physics. 41. 43-55.

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Redazione