L’assottigliamento dello strato di ozono atmosferico

  L’ozono si forma nella stratosfera, in una fascia che va dai 15 ai 60 Km di quota, per effetto delle radiazioni solari sulle molecole ossigeno biatomico. Data la sua struttura triatomica l’ozono è in grado di assorbire intensamente l’ultravioletto di lunghezza d’onda compresa tra i 200 e i 300 nm, quindi la sua presenza agisce da schermo protettivo alle radiazioni UV che potrebbero causare seri danni climatici e biologici se raggiungessero direttamente la Terra.
L’assorbimento comporta la foto dissociazione dell’ozono secondo la reazione:  

O₃ + hv à O₂ + O 

l’atomo di ossigeno che si forma si ricombina rapidamente con l’ossigeno molecolare riformando ozono, in questo modo non si ha una variazione nella composizione chimica dell’atmosfera, ma i fotoni della radiazione solare sono continuamente assorbiti.
Le reazioni chimiche che contribuiscono a distruggere lo strato di ozono atmosferico si possono raggruppare attorno a tre cicli catalitici.

 Alcuni di questi cicli, come quello degli ossidi di azoto e del cloro (quest’ultimo alimentato dall’immissione nell’atmosfera di clorofluorocarburi usati nelle confezioni spray come propellenti), sono influenzati dalle attività umane. Proprio a questi cicli sarebbe da attribuire il “buco”, ossia l’assottigliamento dello strato di ozono, scoperto negli anni settanta sopra l’Antartide e poi riscontrato dalla fine degli anni ottanta anche sopra il Polo Artico e l’Atlantico settentrionale. Fra le varie spiegazioni di questo fenomeno si è fatta strada l’ipotesi che vengano immesse nell’atmosfera delle sostanze gassose con peso specifico inferiore a quello medio dell’aria e capaci di trasformare le molecole di ozono O₃ nell’ossigeno ordinario O₂.

I clorofluorocarburi sono molecole contenenti carbonio, fluoro, cloro e talvolta idrogeno, i prodotti commerciali derivati dal loro impiego portano i nomi di Freon, Frigen, Algofren e simili, seguiti da indicazioni numeriche che fanno riferimento alla loro composizione molecolare. Le prime molecole di questa serie sono state preparate industrialmente intorno agli anni trenta come fluidi, in sostituzione dell’ammoniaca e dell’anidride solforosa, adatti al trasferimento del calore nei frigoriferi e come agenti per estinguere gli incendi. Col perfezionamento delle conoscenze sulla chimica dei CFC l’industria ha scoperto che potevano essere usati in molte altre applicazioni come nei processi di produzione delle materie plastiche espanse; ad esempio il polistirolo espanso si presenta in lastre modellabili, o in trucioli per riempire gli imballaggi: è un materiale rigido, buon isolante termico e acustico, molto leggero proprio perché contiene al suo interno degli alveoli pieni di CFC. Si possono inoltre preparare resine espanse elastiche come quelle a base di poliuretani, perfettamente adatte per imbottiture di materassi, sedie e poltrone, poiché queste si formano facendo gonfiare la materia plastica insieme ai clorofluorocarburi, che restano “intrappolati” nel materiale finale. Andando avanti con la ricerca di nuove applicazioni si è visto che gli idrocarburi alogenati si prestavano bene come solventi nella pulizia di componenti elettroniche, e poi come propellenti per prodotti venduti in confezioni spray, dai cosmetici agli insetticidi, ai profumi, alle vernici, ai deodoranti.

Se i composti organici sono degradati nella troposfera, i CFC, invece, che non contengono siti reattivi[1], vengono trasportati nella stratosfera e distrutti solo mediante fotolisi UV ad alta energia con formazione di Cl che interagisce con l’ozono; quindi i clorofluorocarburi, che hanno tra l’altro un tempo di vita assai lungo (dai 60 ai 400 anni), agiscono da catalizzatori nella decomposizione dell’ozono. L’allarme lanciato dai ricercatori dell’EPA (agenzia statunitense per la protezione ambientale) e da altri organismi internazionali per la difesa dell’ambiente ha indotto l’industria a utilizzare alocarburi contenenti almeno un atomo di idrogeno in grado di interagire con i radicali OH e quindi già degradabili nella troposfera. In accordo al Trattato di Montreal del 1987 e alla Conferenza di Londra del 1990, dal 1993 l’Italia ha messo al bando la produzione dei CFC.

Per quanto riguarda invece i vari ossidi di azoto, che si producono alle diverse quote, la situazione è più complessa: p.e. N₂O (che si forma a terra), salendo nella stratosfera, viene ossidato a NO_X che può combinarsi alle alte quote con il radicale Cl agendo in questo modo in difesa dell’ozono, che sarebbe distrutto dalla reazione con quella specie chimica. Invece NO_X formato nella bassa stratosfera contribuisce alla distruzione dell’ozono reagendo con questa molecola.
La concentrazione di ozono non è comunque determinata solo dalle reazioni chimiche ma dipende anche dai processi di trasporto che esistono nella stratosfera, come prova il fatto che mentre la produzione di ozono è massima nella stratosfera tropicale, la massima concentrazione di ozono si trova alle medie-alte latitudini.