L'
ozonosfera
e lo strato dell'
atmosfera
in cui si concentra la maggior parte dell'
ozono
, un
gas serra
"particolare": l'ozono trattiene e assorbe parte dell'
energia
proveniente direttamente dal
Sole
, in particolare le
radiazioni
a bassa
lunghezza d'onda
(o alta
frequenza
) nocive per la vita. L'ozono in oggetto si forma direttamente in
stratosfera
e non proviene dalla
superficie terrestre
come diversi altri gas serra.
L'ozonosfera e stata scoperta nel 1913 dai fisici francesi
Charles Fabry
e
Henri Buisson
che notarono come la radiazione solare che raggiungeva la Terra fosse assimilabile con lo spettro di emissione di un
corpo nero
alla temperatura di 5.500?6.000 K (5.227-5.727 °C) con la sola eccezione che vi fosse una lacuna nella zona dell'
ultravioletto
intorno ai 310 nm. Ne dedussero che la radiazione mancante fosse assorbita da qualcosa nell'atmosfera. Infine associarono la mancanza con il solo elemento chimico noto che potesse assorbire tale frequenza: l'ozono.
Le caratteristiche dell'ozonosfera vennero poi studiate dal meteorologo britannico
Gordon Dobson
che costrui un apposito spettrometro (poi detto per l'appunto spettrometro di Dobson) che permetteva di misurare lo spessore dell'ozonosfera. Tra il 1928 e il 1958 Dobson diede vita a una rete mondiale di stazioni di monitoraggio dell'ozonosfera ancora attualmente operativa. In suo onore l'unita di misura convenzionalmente usata per indicare lo spessore della colonna di ozono si chiama
Dobson
.
L'ozonosfera e situata tra 15?35 km di altitudine, e corrisponde alla parte bassa della
stratosfera
. In questa zona parte delle radiazioni
UV
solari vengono filtrate dalle molecole di
ozono
, causando un innalzamento della temperatura intorno ai 35 km di altezza dalla superficie terrestre. A causa di questo aumento di temperatura viene evitato il mescolamento verticale con la
troposfera
, che viene quindi stabilizzata. Questa zona dell'atmosfera protegge gli organismi viventi dall'effetto nocivo che avrebbero alcune radiazioni UV.
Infatti, la radiazione solare che riesce ad arrivare sulla Terra e composta in prevalenza da radiazioni elettromagnetiche Ultraviolette, Visibili e Infrarosse che hanno lunghezze d'onda corte comprese nello spettro che va da 100 a 800 nm (le lunghezze d'onda piu corte tipo
raggi gamma
,
raggi x
, raggi UV-lontani sono le lunghezze d'onda a piu alto contenuto di energia ma rappresentano solo una piccola parte dell'energia emessa dal Sole e vengono completamente fermate e assorbite nelle parti piu alte dell'
atmosfera
chiamata “
ionosfera
”).
La radiazione UV-C (con lunghezza d'onda compresa tra 100-280 nm) viene assorbita dall'ossigeno biatomico O
2
creando di fatto l'ozonosfera: l'ozono e creato proprio dall'azione degli UV-C che “rompono” gli atomi di ossigeno che poi si aggregano in molecole O
3
(l'ozono).
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. Gli UV-A (315-400 nm) sono la parte meno energetica della fascia ultravioletta che riesce ad attraversare lo strato di ozono ed 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 “facilmente” l'atmosfera ed arrivare sulla superficie terrestre.
L'ozono e prodotto mediante la seguente reazione (l'apice ° indica un
radicale
, cioe una
specie chimica
con almeno un
elettrone spaiato
e quindi particolarmente reattiva):
O
2
+
radiazione UV
→ O· + O·
O· + O
2
→ O
3
In seguito le radiazioni solari dissociano una molecola di ozono in una di ossigeno biatomico ed una in ossigeno monoatomico:
O
3
+
radiazione UV
→ O
2
+ O·
Durante la notte l'ossigeno monoatomico, essendo altamente reattivo, si combina con l'ozono per formare due molecole di ossigeno biatomico:
O
3
+ O· → 2 O
2
Per mantenere costante la quantita 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'ozonosfera e piu sottile all'equatore e piu spessa ai poli, ma negli
anni settanta
si e scoperto che i
clorofluorocarburi
(CFC) potevano provocare una riduzione innaturale del suo spessore.
Nel 1974 Stolarski e Cicerone
[1]
sottolinearono che gli atomi di cloro nella stratosfera potevano distruggere l'ozono; quasi contemporaneamente, Molina e Rowland
[2]
mostrarono che i
CFC
potevano rilasciare atomi di cloro nella stratosfera.
Le molecole di CFC vengono dissociate dalle radiazioni ultraviolette e liberano atomi di cloro:
CFCl
3
+
raggi x
→ Cl· + CFCl
2
·
(una delle possibili dissociazioni)
Cl· + O
3
→ ClO· + O
2
ClO + O· → Cl· + O
2
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
.
Rowland porto il problema all'attenzione dell'Accademia delle Scienze e del
Congresso degli Stati Uniti
. Le
associazioni ambientaliste
statunitensi iniziarono campagne contro l'utilizzo dei CFC nelle bombolette spray. Nonostante le resistenze dell'industria chimica, negli
Stati Uniti
l'uso dei CFC nelle bombolette venne vietato nel 1978, ma continuarono la loro produzione e l'impiego in altri settori.
Il problema dei danni causati all'ozono dai CFC assunse un nuovo aspetto a partire dal 1984, quando si scopri il
buco dell'ozono
.
- ^
Richard S. Stolarski, Ralph J. Cicerone. ≪Stratospheric Chlorine: A Possible Sink for Ozone≫.
Canadian Journal of Chemistry
, 1974.
- ^
Mario J. Molina, F. Sherwood Rowland. ≪Stratospheric Sink for Chlorofluoromethanes: Chlorine Atomic Catalysed Destruction of Ozone≫.
Nature
, 1974. Per questa scoperta Molina e Rowland hanno ricevuto il
Premio Nobel per la chimica
nel 1995.