Effetti antropogenici sull atmosfera: Il buco dell Ozono. Lezioni d'autore

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1 : Effetti antropogenici sull atmosfera: Il buco dell Ozono Lezioni d'autore

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3 Premessa Nel corso del 1985 vennero pubblicati dei risultati del tutto inattesi: La quantità di ozono atmosferico misurato al di sopra della Halley Bay, in Antartide, era diminuita fra il 1977 e il 1984 di più del 40% e principalmente durante la stagione primaverile. La regione in cui si era verificata la diminuzione dell ozono era più vasta dell intero continente e si estendeva grosso modo dai 12 ai 24 km di altezza, abbracciando gran parte della media e l intera bassa stratosfera Misure dell ozono stratosferico effettuate mediante il Total Ozone Mapping Spectrometer (TOMS). L area su cui si estende il buco dell ozono è indicata dalla linea rossa (220 DU)

4 Distribuzione dell'ozono nell'atmosfera La maggior parte dell ozono naturale (90%) si trova nella stratosfera, che inizia intorno a km dalla superficie della Terra e si estende fino ai 50 km d altitudine con un massimo attorno a 20 km. A sinistra, Rappresentazione schematica di come la quantità d ozono varia con l altitudine

5 Le unità Dobson I livelli di ozono sono espressi in altezza della colonna equivalente a pressione e temperatura standard, in unità di 0,01 mm (unità Dobson, DU). In pratica si misura, direttamente al di sopra di un osservatore che si trova sulla superficie terrestre, lo spessore dello strato che si avrebbe se tutto l ozono fosse il solo gas presente in condizioni normalizzate di temperatura e pressione A sinistra, Viene mostrata una colonna di aria, 10 5, sopra il Labrador, in Canada. Se tutto l'ozono di questa colonna fosse compresso a temperatura e pressione normali (a 0 C e ad 1 atmosfera di pressione), si formerebbe uno strato con spessore di circa 3 mm

6 Le reazioni chimiche di S. Chapman (I) L ozono stratosferico è formato attraverso reazioni chimiche che coinvolgono le radiazioni ultraviolette e molecole di ossigeno secondo il meccanismo proposto da Chapman nel 1930 Sopra, Schema relativo alle reazioni chimiche di Sydney Chapman. Con il simbolo O si indicano due atomi di ossigeno

7 Le reazioni chimiche di S. Chapman (II) Schema del meccanismo di formazione (reazioni 1 e 2) ed eliminazione (reazioni 3 e 4) dell ozono stratosferico

8 L'ozono e le radiazioni UV L ozono nella stratosfera quindi, assorbe gran parte della radiazion UV proveniente dal Sole. Se non assorbiti, i raggi UV raggiungono l Terra in quantità che sono dannose per una grande varietà di form di vita Protezione UV dello strato di ozono. La radiazione UV-B (lunghezza d onda tra nm) proveniente dal Sole è assorbita dallo strato e quindi raggiunge la Terra fortemente ridotta. Va ricordato che i raggi UV-B sono in grado di attaccare e danneggiare molecole come il DNA e l RNA. La radiazione UV-A (lunghezza d onda nm), visile e altre radiazioni solari, non sono invece assorbite dall ozono

9 La riduzione dell'ozono (I) In figura è mostrato il ciclo di distruzione dell ozono da parte del cloro. Come risultato, un atomo di cloro può distruggere circa 105 molecole di ozono prima che formi gas deposito come HCl (acido cloridrico) e ClONO2 (cloronitrato).

10 La riduzione dell'ozono causata dai CFC Il processo di riduzione dell ozono da parte dei CFC può essere schematizzato nel modo seguente: i gas emessi dalla superficie della Terra si accumulano nella bassa atmosfera e vengono poi trasportati nella stratosfera attraverso i naturali processi di trasporto atmosferico. Qui, i raggi ultravioletti sono in grado di scindere le molecole di CFC producendo atomi di cloro libero, che iniziano la catena di reazioni catalitiche che portano alla distruzione dell'ozono e alla formazione dei gas deposito. I radicali cloro (5) entrano in un ciclo catalitico (reazioni 6 e 7) di netta decomposizione dell ozono, che può essere terminato dalle reazioni 8 e 9 con la formazione dei gas deposito

11 La riduzione dell'ozono tra il 1926 e il 2000 Misurazioni della concentrazione di ozono eseguite nella stratosfera, in numerose stazioni dislocate in tutto il mondo, hanno evidenziato che i livelli di ozono misurati dalla metà degli anni '60 hanno subito una diminuzione intorno al 3% nelle zone temperate dell emisfero nord e 6% in quelle del sud, con perdite complessive del 10% in inverno e primavera e dell 8% in estate ed autunno. La serie temporale dell ozono ad Arosa, in Svizzera, dal 1926 al 2000 (blu). A partire dal 1980 circa é possibile un confronto con le misure da satellite, (TOMS, NASA) mostrate in verde

12 Il buco dell'ozono in Antartide (I) Nessuno aveva previsto che si sarebbe verificata una diminuzione così drammatica dei livelli di ozono nella stratosfera sopra l'antartide. Il fenomeno si manifesta in occasione della primavera antartica, e cioè nel periodo settembre-ottobre, con regolarità e ampiezza crescente a partire dal 1979 è conosciuto appunto come il 'buco dell ozono' Confronto delle riduzioni dello strato di ozono antartico tra il 1979 e il 1985

13 Il buco dell'ozono in Antartide (II) Questo grave assottigliamento dello strato di ozono si verifica in Antartide perché le condizioni chimiche e atmosferiche uniche di questa regione incrementano l efficacia della distruzione dell ozono dei gas alogeni reattivi. Oltre alla presenza di questi gas reattivi sono necessarie basse temperature per la formazione delle nuvole polari stratosferiche (PSC), le speciali condizioni meteorologiche che originano il vortice polare e il sorgere del sole polare in primavera. Il vortice polare isola la zona impoverita do ozono all interno di una configurazione circolare di masse d aria in rapido movimento. La velocità del vento è rappresentata dai diversi colori

14 Il buco dell'ozono in Antartide (III) Schema distruzione dell ozono durante la primavera antartica

15 Il buco dell'ozono in Antartide (IV) Immagini dell evoluzione del buco dell ozono dalla fine dell inverno all inizio della primavera antartica

16 Variazioni spazio-temporali dei valori medi di ozono In media il valore di ozono è diminuito tra il 1980 e La riduzione si è aggravata per alcuni anni dopo il 1991 a causa degli effetti dell aerosol vulcanico legato all eruzione dl Monte Pinatubo. La media globale dell ozono tra il è circa il 3,5% in meno a quella tra il Si osserva che il decremento maggiore si ha a più alte latitudini in tutti e due gli emisferi a causa delle grandi riduzioni inverno/primavera nelle regioni polari. (In alto) Andamento negli anni dei valori medi dell ozono globale (In basso) - Le variazioni di ozono sono comparate per differenti latitudini

17 Scenari futuri dopo il Protocollo di Montreal Proiezione dell abbondanza di sostanze ODS espresse come valore equivalente effettivo di cloro stratosferico (EESC) in base all applicazione del Protocollo di Montreal e successive revisioni ed emendamenti. Il nome delle città indica dove sono stati modificati i provvedimenti previsti nel 1987

18 Conclusioni Le interazioni tra ozono, temperatura, circolazione atmosferica e altre sostanze chimiche sono molto complesse e interconnesse, questo rende difficile le previsioni sui tempi di recupero. Gli sforzi attuali della ricerca sono quindi indirizzati verso lo studio delle potenziali condizioni atmosferiche future e come esse possano influenzare la salute dello strato di ozono.

19 Altri video VIDEO 1 Buco dell'ozono anche al Polo Nord, una scoperta della Nasa VIDEO 2 L'ozono RaiScienze VIDEO 3 Il buco dell'ozono Storia della scienza, RaiScuola VIDEO 4 Ozone Hole Comparison: 1979, 1987, 2006, 2011 VIDEO 5 Evoluzione del Buco nell'ozono sopra l'antartide [Luglio-Settembre 2011]

20 FINE