I125 150 175 200 225 250 275 300 325 350 375 400 425 450 475 500 525

LIVELLI MEDI DELL'OZONO IN OTTOBRE (UNITÀ DOBSON)

La cartina mostra i livelli di ozono atmosferico nell'emisfero meridio-nale il 5 ottobre 1987, durante la primavera australe. Nel «buco» nel-l'ozono (nero, rosa, viola) l'abbondanza di questo gas è pressoché di-mezzata rispetto a dieci anni prima, quando in media raggiungeva le300 unità Dobson circa. L'unità Dobson, espressa in centesimi di mil-

limetro, corrisponde allo spessore dello strato di ozono presente in unacolonna di atmosfera in condizioni normalizzate di temperatura e pres-sione. La carta è stata realizzata in base ai dati forniti dallo spettrome-tro per il rilevamento cartografico dell'ozono totale (Total Ozone Map-ping Spectrometer, TOMS), a bordo del satellite Nimbus 7 della NASA.

Il buco nell'ozono sull'AntartideIl costante assottigliamento dello strato di ozono sopra il continenteantartico, registrato durante l'ultimo decennio, rappresenta un'anomalialocalizzata o prelude a un fenomeno generalizzato su scala planetaria?

Mario J. Molina e da F. Sherwood Row-land dell'Università della California a Ir-vine per l'uso sempre crescente di altricomposti chimici, i clorofluorocarburi(CFC), commercialmente noti anche co-me Freon.

I clorofluorocarburi, composti di clo-ro, fluoro e carbonio introdotti una ses-santina di anni fa, so_usati come refri-geranti per impianirierioni-

zionatori d'aria, propellenti per bombo---i-M=--~ schiumogeni e de-

‘ tergenti per comptien 1, elerrmnici. Untempo erano considerati sostanze idealiper impieghi industriali, perché stabili e inerti e pertanto non tossici; per ironia,è proprio la loro mancanza di reattivitàa renderli potenzialmente pericolosi perl'ozono della stratosfera.

I gas inerti non si degradano facilmen-

te nella troposfera, la regione più bassadell'atmosfera e di conseguenza, rag-giungono la stratosfera, che si estendeverso l'alto sino a circa 50 chilometri.Quando le molecole oltrepassano i 25chilometri circa, altezza alla quale laconcentrazione di ozono è massima, so-no esposte alla radiazione ultravioletta.Questa, che più in basso è assorbita dal-l'ozono, è in grado di rompere molecole

N

el corso del 1985 gli studiosi difisica dell'atmosfera del BritishAntarctic Survey pubblicarono

una scoperta del tutto inattesa: la quan-tità primaverile di ozono nell'atmosferaal di sopra della Halley Bay, in Antarti-de, era diminuita fra il 1977 e il 1984 dipiùclea_z_102n..- ceLIto. Altri gruppi confer-marono ben presto quel primo rapporto,dimostrando che la regione in cui si eraverificata tale diminuzione di ozono erain realtà più vasta dell'intero continentee si estendeva grosso modo dal; a 24

, chilometri in altezza, abbracciando granparte della media e l'intera bassa strato-sfera. In corrispondenza del Polo Sud

'reia7 in sostanza, un «buco» nello stratodi ozono dell'atmosfera.

Questa scoperta turbò tanto gli scien-ziati quanto l'opinione pubblica, indu-cendoli a pensare che lo strato di ozonoche circonda il globo potesse essereesposto a un pericolo maggiore di quan-to avessero previsto i modelli correntidell'atmosfera. Una rapida «erosione»dello strato di ozono sarebbe assai pre-occupante.I..._2zi_rno molecola triatomi-ca di ossigeno, pur costituendo meno diuna parte per milione dei gas dell'atmo-sfera, ,a,s_sorbe la maggior parte della ra-diazione ultravioletta proveniente dalsole7imretrum-717arraggiungere la su-..

22-ficie terrestre. Questa radiazione e--abbastanza energetica da scomporre im-portanti molecole biologiche, compresoil DNA; se non sufficientemente filtra-ta, essa può_guindi far aumentare l'inci-denza dei tumori della •elle, dereelTr-rane e e e deficienze immunitarie, eprovocare inoltre danni alle colture e agli ecosistemi acquatici.

In considerazione d-élla gravità di que-sti effetti, molti ricercatori, fra cui i mieicolleghi e io alla National Aeronauticsand Space Administration (NASA), sisono affrettati a compiere un tentativodi determinare le cause del buco, che sisviluppa ogni primavera australe all'in-terno del vortice in corrispondenza delPolo Sud: una massa d'aria isolata che

di Richard S. Stolarski

circola per gran parte dell'anno attornoal polo australe. (La quantità di ozonopresente nel vortice diminuisce verso lafine di agosto e l'inizio di settembre, sistabilizza in ottobre e torna ad aumen-tare in novembre.) Finché non sapremoperché si forma questo buco, non sare-mo in grado di stabilire se esso abbiaimplicazioni su scala planetaria o se re-sterà confinato alla stratosfera della re-gione antartica, in cui vigono condizionimeteorologiche uniche.

Lo sforzo di ricerca si è avvalso di varistrumenti di misurazione, alcuni instal-lati al suolo e altri trasportati da pallonie da satelliti. Gli strumenti a bordo diaerostati esaminano in generale il chimi-smo dell'aria attraverso cui si muovono.Gli equipaggiamenti installati al suolo equelli trasportati da satelliti eseguonomisurazioni a distanza, come quella del-lo spessore dello strato (o colonna) chesi avrebbe se tutto l'ozono direttamenteal di sopra di un osservatore che si trovialla superficie della Terra fosse portatoin condizioni normalizzate di temperatu-ra e di pressione. Per ottenere questospessore teorico, che viene registrato ge-neralmente in unità Dobson, o centesimidi millimetro, i ricercatori misurano laradiazione che colpisce la Terra a lun-ghezze d'onda leggermente diverse, al-cune delle quali sono fortemente assor-bite dall'ozono, mentre altre no. (Glistrumenti a bordo di satelliti registranoluce riflessa.) Se la quantità di radiazio-ne alle lunghezze d'onda assorbite au-menta rispetto a quella alle lunghezzed'onda non assorbite, ciò significa che laquantità di ozono è diminuita; se invecela radiazione alle lunghezze d'onda as-sorbite diminuisce, ciò significa che l'o-zono è aumentato.

Le ricerche si sono avvalse di contri-buti internazionali. Nel 1987 circa 150persone, fra scienziati e personale ausi-liario, in rappresentanza di 19 organiz-zazioni e di quattro nazioni si sono riu-nite a Punta Arenas, in Cile, per com-piere lo studio più ambizioso finora mai

condotto, l'Airborne Antarctic OzoneExperiment. L'esperimento - grazie alquale si è potuto determinare che il buconell'ozono ha raggiunto nel 1987 la suamassima estensione - si è avvalso nonsolo di apparecchiature di misurazioneinstallate al suolo o trasportate da satel-liti e da aerostati, ma anche di laborato-ri aviotrasportati. Un aereo DC-8 op-portunamente adattato e una versionemigliorata dell'U-2, l'ER-2, hanno sor-volato varie volte la regione impoveritadi ozono per raccogliere informazionidettagliate sulla sua estensione e sul suochimismo.

T a campagna del 1987, al pari di altri1-1 studi recenti, si è concentrata su duefra le più quotate spiègu.zicaLcIrIlucia.nell'ozono; secondo una teoria esso sa-rebbe causato da li in uinanti, mentrel'altra sottolinea il ruo o giocato da uno.spostamento naturale nelle correnti ae-ree che-7 -portano aria ricca di ozono

Thella s irRosTera polare durante la pri-mavera australe.

La preoccupazione per le possibiliconseguenze negative dovute a sostanzeinquinanti sorse prima di qualsiasi provadei danni che esse avrebbero potuto cau-sare. Nel 1971, quando si prevedeva chegli aerei da trasporto supersonici si sa-rebbero diffusi in gran numero nei cieli,molti ricercatori espressero il timore chel'emissione di vapore acque° e di.ossiALdi azoto (NO;) che ne sarebbe segui-ta potesse avere un effetto dannoso sul-l'atmosfera ad alte quote. Studi di labo-ratorio avevano dimostrato che entram-bi i prodotti di emissione possono attac-care l'ozono. La preconizzata flotta mer-cantile di aerei supersonici non fu mairealizzata, ma negli anni successivi il cre-scente livello di protossido di azoto(N,O) nell'ambiente legato a un aumen-to della cpmbustione.e a un uso semprepiù intensivo di fertilizzanti ricchi di 370-,

to condusse a preoccupaíTóni analoghe.Truesti timori impallidirono nel 1974 inseguito al grido d'allarme lanciato da

20

21

Misurando direttamente i livelli di ozono al di sopra della Halley Bay a partire dal 1956, JosephC. Farman e colleghi del British Antarctic Survey rilevarono per primi la diminuzione dei livelliprimaverili di ozono sulla regione antartica (a sinistra, cerchietti vuoti). In seguito la NASA

confermò questi dati con rilevamenti da satellite (cerchietti pieni).Altri dati della NASA (a destra) mostrarono che la regione impoveritadi ozono è più vasta del continente antartico e confina con una regione

ricca di ozono (falce blu). Le carte. ridisegnate per chiarezza, si basanosu dati forniti dal TOMS. Le concentrazioni crescono progressivamentedal nero (150-180 unità Dobson) al grigio, al blu sempre più scuro.

19801972 19761960 196819641956 1984 1988

350

oo

o

325

o o O oo

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O o •275

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o •200 •O

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•

150

stabili (come i clorofluorocarburi) in for-me_più reattive (come il cloro atomico).

Studi di laboratorio hanno dimostratoche il cloro distrugge facilmente l'ozono.Poiché vengono rilasciati nell'ambientemilioni di tonnellate di clorofluorocar-buri, molti ricercatori sono giunti allaconvinzione che di questo passo il loroaccumulo nella stratosfera giungerà auna concentrazione tale da intaccaregravemente lo scudo protettiv-no. Il proce distruttivo ntinuerà er

—517na parte del prossimo secolo anc enel caso di un—immediata cessazione del''la liberazione di clorofluorocarburi oi-ché _cesti res ano ne atmos eracenni. I due Freon commercia mente piùimportanti, noti con le sigle CFC 11(CFC13) e CFC 12 (CF 2C1 2), persistono,rispettivamente, per circa 75 e 100 anni.

Sulla base di questi argomenti, nel1978 negli Stati Uniti fu vietato l'uso diclorofluorocarburi in prodotti aerosol,come deodoranti e spray per capelli. Magli sforzi per sottoporre a controllo altreapplicazioni ebbero poco successo, inparte a causa di una crescente consape-volezza della complessità del chimismodella stratosfera. Per esempio, è notoche sostanze come gli ossidi di azoto e ilvapore acqueo possono distruggere diper sé l'ozono; tuttavia nuovi calcolihanno dimostrato che gli ossidi di azotopossono interagire con il cloro in manie-ra tale da pregiudicarne in realtà la ca-pacità di attaccare l'ozono.

L'annuncio dei ricercatori britanniciche il livello di ozono nel mese di ottobreal di sopra della loro stazione di ricercaera sceso da un valore normale di circa300 unità Dobson all'inizio degli annisettanta a circa 180 unità nel 1984 attras-se nuovamente l'attenzione pubblica sul-la sorte dello strato di ozono. Nello stes-so tempo, a causa dell'aumento delleemissioni di clorofluorocarburi, si co-minciò a discutere con grande impegnosulla possibilità di istituire controlli in-ternazionali su questi composti. Tali di-scussioni hanno condotto 23 nazioni(compresi gli Stati Uniti) a firmare nelsettembre 1987 un accordo per ridurne ilconsumo. L'accordo, che dovrà essereratificato da almeno 11 nazioni prima didiventare ufficiale all'inizio del 1989, ri-chiede ai paesi industrializzati di conge-lare i consumi, entro la metà degli anninovanta, ai livelli del 1986 e di dimezzaretali consumi entro il 1999.

Il fenomeno chimico alla base dell'ipo-tesi dei dorofluorocarburi è legato al-

la capacità di piccole quantità di cloro didistruggere grandi quantità di ozono.Una molecola di ozono (0 3) si formauando a 1-----1"1-TR-trttravirtnia

moleco a i ssigeno (02). n fotonescinde la molecoTa in due domi di ossi-geno altamente reattivi (0), che si com-binano rapidamente con molecole di os-sigeno intatte, così da formare ozono

_23.1. Questo gas assorbe facilmente luceultravioletta, che lo dissocia di nuovo

nelle sue componenti (0 2 e 0); l'atomodi ossigeno liberato si unisce successiva-mente a un'altra molecola di ossigeno,riformando ozono. Il gas continua a dis-sociarsi e a riformarsi molte volte in que-sto modo finché da ultimo entra in colli-sione con un atomo libero di ossigeno,formando due molecole di ossigeno sta-bili (si veda l'illustrazione a pagina 24 inalto). In condizioni costanti, il risultatonetto è che l'ozono si stabilizza in unostato stazionario dinamico cui la ve--locità dì formazione uguagri7cRWdi distruzione.

Il cloro módificaduce la quantità di ozono nella stratosfe-ra accelerandone la conversione in due molecole di ossigeno. Fatto più impor-tante, il cloro (come gli ossidi di azoto edi idrogelioT'agisce da catalizzatore inquesto processo, esso rimane inalterato.Di conseguenza, 2.gni atomo di cloro può distruggere fino a 100 000 molecole

431.2.2.uci prima_di_essere inattivato o dr far raorna_nellairoposfera, da dove vie-ne rimosso tramite le precipitazionie à1-tri processi.

Le reazioni chimiche alle quali si attri-buisce la distruzione dell'ozono sono ab-bastanza chiaramente definite. Quando

un atomo di cloro (C1) entra in collisionecon una molecola di ozono, esso si ap-propria del terzo atomo di ossigeno for-mando un2dicale di monossido di cloro (C10 . ) insieme a una molecola di ossi-geno. I radicali liberi, che sono moleco-le con un numero dispari di elettroni,sono notevolmente reattivi. Quando ilmonossido di cloro incontra un atomo diossigeno libero - un passo importante nelciclo catalitico - l'ossigeno in esso conte-nuto viene attratto fortemente dall'ato-mo libero e rompe il legame con il loroper andare a formare una nuova mole-cola di ossigeno. Il cloro in tal modo«sedotto e abbandonato» è libero di ri-cominciare il ciclo di distruzione del-l'ozono.

Il ciclo catalitico del cloro non si svi-luppa 11--igUi--r—iera e senza impedimenti. Siritiene che due tipi principali di reazioniinterferiscano con la distruzione dell'o-zono, almeno alle medie latitudini. In uncaso il monossido di cloro reagisce conmonossido di azoto (1q0). L'atomo di'ossigeno del monossido d cloro vienetrasferito al monossido di azoto, produ-cendo nel corso di questa reazione unatomo di cloro libero e biossido di azoto(NO 2). Quando quest'ultimo assorbe lu-

ce visibile, libera un atomo di ossigeno,il quale rimane disponibile per rigenera-re ozono (si veda l'illustrazione nella pa-gina successiva in basso). Il risultato net-to è la conservazione di uno strato stabiledi ozono.

In un secondo cuo., più importante,uiratomo di cloro o un radicale di mo-nossido di cloro si combinano con un'al-tra molecola a formare un prodotto sta-bile che opera temporaneamente comeun «serbatoio» di cloro; quando il cloroè così legato (come accade per la mag-gior parte del tempo nell'atmosfera incondizioni normali), esso non è disponi-bile per attaccare l'ozono. Due di questi«serbatoi» di cloro sono il nitrato di cloro(CONO,), formato dalla combinazionedi monossido di cloro e di biossido diazoto (NO2), e l'acido cloridrico (HC1),prodotto della reazione di un atomo dicloro con metano (CH 4). Dopo un certotempo, tali sostanze assorbono un foto-ne o reagiscono con altre sostanze chi-miche, scomponendosi e liberando ilcloro, che può così riprendere la sua di-struzione catalitica dell'ozono.

L'esistenza di queste reazioni di inter-ferenza ha generalmente indotto gli spe-cialisti di modelli al calcolatore a conclu-

dere che finora i clorofluorocarburi do-vrebbero aver esercitato un effetto mi-nimo sullo strato di ozono globale. Lascoperta che il livello primaverile di ozo-no al Polo Sud è però diminuito di piùdel 40 per cento fa ritenere che, se lacausa di questa diminuzione è il clorocontenuto nei clorofluorocarburi, du-rante la primavera antartica le normalireazioni di interferenza devono venire inqualche modo ridotte al minimo. Il pro-blema è appunto definire in che modo ciò avvenga.

I sostenitori della teoria che attribui-sce ai clorofluorocarburi il buco nell'o-zono hanno identificato diversi processiche potrebbero essere responsabili dellaminimizzazione degli effetti di queste in-terferenze. Per esempio, la distruzione dell'ozono sarebbe facilitata dalra rimo-zione di ossidi di azoto dalla stratosfera. Nisin-e-sse.ado_più disponibili, tali ossidinorpi otrebbero evidentemente combi-narsi con il cloro a formare il serbatoiodi nitrato di cloro. Inoltre, alcuniproces-sí potrebbero modificare i serbatoi diCIOTO, zrovoc-ando una liberazione

-77175-ittivo sotto forma di singoli atomi" di monossidodi cloro, che distrugge-

121212g (3_0L-12

Molti ricercatori sospettano che uncontributo aiallzrocesslpossa es-

sere drgnalle nubi stratosferiche polariQueste nubi di alta quota, che

sono molto più comuni nella regione an-tartica che in quella artica, si formanod'inverno, quando l'assenza di radiazio-ne solare e l'isolamento della regione an-tartica conducono a temperature strato-sferiche che spesso scendono al di sotto

—80 gradi_Celsius.Si può pensare che d'inverno i compo-,

sti dell'azoto si condensino econgeJjnoegandosi alle particelle costituenti le

Essi non sarebbero al ora più dispo-nibili Nello stes-so npo le particelle delle nubi potreb-bero facilitare la conversione dei serba-toi di cloro in cloro attivo. Alcune rea-zioni chimiche che hanno luogo con len-tezza in un ambiente esclusivamente gas-soso potrebbero verificarsi con una ve-locità significativamente maggiore allasuperficie di particelle solide. Nel buiodell'inverno polare molti processi chimi-ci sono virtualmente in stasi. È possibile,nondimeno, che le particelle delle NSPcatturino e modifichino lentamente iprincipali serbatoi di cloro, preparandoil monossido di cloro a una rapida «fuga»

22

23

Le nubi stratosferiche polari sull'Antartide si formano quando le rigide temperature invernaliprovocano la condensazione e il congelamento del vapore acqueo e forse di composti volatili comel'acido nitrico. Si suppone che i processi chimici che avvengono nelle nubi favoriscano la libe-razione del cloro dai serbatoi in cui è legato, preparando la distruzione dell'ozono in primavera.

RADIAZIONE ULTRAVIOLETTA

NCENTRAZIONE MASSIMADI OZONO

STRATOSFERA

TROPOSFERA

DISTRUZIONEDELL'OZONO

CLORO REATTIVOCLOROFLUOROCARBURI

SERBATOI DI CLORO

CLOROFLUOROCARBURI

a c RADIAZIONE ATOMOUV /DI OSSIGENO

0 > 0

00 dibMOLECC;1--_À--\ (Th 00DI OSSIGENO OZONO

L'ozono presente nell'atmosfera assorbe buona parte delle radiazioniultraviolette che altrimenti raggiungerebbero la Terra. Quando un fo-tone ultravioletto di elevata energia colpisce (a) una molecola di ossi-geno ( 0 2), produce atomi liberi (0) che, combinandosi con molecole di

Si ritiene che i clorofluorocarbur*, sostanze chimiche di sintesi, dianoun contributo notevole all'impoverimento dello strato di ozono. Dopoessere stati liberati nella troposfera, dove rimangono inerti, questi com-posti salgono infine nella stratosfera superiore, al di sopra della regionein cui si hanno le massime concentrazioni dell'ozono (in colore). Qui laradiazione ultravioletta è abbastanza intensa da scomporne le molecole,

RADIAZIONE UV

i

FLUORO/CARBONIO

ice)/

CFCI3

La chimica del cloro comprende sia processi che promuovono la distru-zione dell'ozono, sia processi che la ostacolano. Un atomo di cloro puòdistruggere l'ozono cataliticamente (a sinistra e in alto), senza venireconsumato. Innanzitutto, esso sottrae un atomo di ossigeno all'ozono,formando monossido di cloro (CIO) e una molecola di ossigeno stabile.Quando il CIO urta un atomo isolato di ossigeno, i due atomi di ossigenosi combinano, liberando l'atomo di cloro, che diviene disponibile pereliminare un'altra molecola di ozono. Altri processi interferiscono ne-

ossigeno vicine, formano ozono (03). Ripetutamente scomposto dallaradiazione ultravioletta e da quella visibile, l'ozono si riforma rapida-mente, pronto ad assorbire altra luce (b). Se entra in collisione conun atomo di ossigeno, si scinde a formare due molecole di ossigeno (c).

liberando atomi di cloro che possono attaccare l'ozono. Gli effetti di-struttivi degli atomi di cloro terminano quando essi si combinano conaltre sostanze, costituendo «serbatoi» stabili di cloro. Queste nuovemolecole possono dissociarsi in presenza di calore o di luce restituendocloro alla stratosfera, ma alcune di esse scendono nella troposfera, dovevari processi contribuiscono alla loro eliminazione dall'atmosfera.

nCICLO CATALITICO DEL CLORO

REAZIONI DI INTERFERENZA

ta• NITRATODI CLORO

BIOSSIDODI AZOTO

LUCE

gativamente con questo ciclo catalitico. Per esempio, il biossido di azoto(NO2) si lega al monossido di cloro per formare un serbatoio di doro (alcentro); quando il cloro è così legato, non reagisce con l'ozono. Un'altrafonte di interferenza (in basso) è il monossido di azoto (NO), che sottrael'atomo di ossigeno dal monossido di cloro, assorbe luce visibile e rige-nera ozono. I sostenitori dell'origine chimica del buco nell'ozono ipo-tizzano che le con,dizioni climatiche uniche al Polo Sud minimizzino leinterferenze, cosicché il ciclo catalitico procede con grande efficienza.

nel momento in cui il Sole, emergendodalla notte antartica, colpisce le nubi coni suoi raggi. Purtroppo, la composizionedelle particelle delle nubi e le reazioniesatte che hanno luogo alla loro superfi-cie sono ancora sconosciute.

La teoria del buco nell'ozono causatodai clorofluorocarburi deve spiegare nonsolo in che modo le «normali» interfe-renze nel ciclo catalitico del cloro venga-no impedite durante la primavera antar-tica, ma anche come mai non si osservi-no gli effetti di un fenomeno tipicamentepolare. Infatti in primavera, ai poli, ilSole è ancora piuttosto basso sull'oriz-zonte • di conseguenza la scissione dellemolecole di ozono per opera de a 1-11-2i7:—zione non agisce ancora a pieno gime

'e si-na sorò urra-rrizattuta ndotta di atomidi ossigeno libero disponibili per il ciclocatalitico del cloro.

La presenza di una discreta quantitàdi _brunact_112£1 nella stratosfera polarepotrebbe contribuire a compensare lacarenza di atomi di ossigeno libero. Que-sto elemento, che g, liberato nell'atmo-sfera riai bromuro di metile, un compo-.sto-px.e.seatn natura, ma anche da fu-miganti e da certi estintori può -ire con l'o'Zono formando un radicale

monosi717ff bromo (1310) e una mo-lecola di ossigeno. Il monossido di bro-mo, a sua volta, può reagire con il mo-nossido di cloro, formando un'altra mo-lecola di ossigeno e liberando atomi dicloro e di bromo. Il risultato netto diquesto processo è la trasformazione diozono in ossigeno. Un simile ciclo cata-litico combinato di cloro e bromo puo sperare règolarmente , persino quandogirarmi di ossigeno libero nell'ambien-te sono abbastanza scarsi. Il bromo puòconcorrere alla distruzione dell'ozonoanche per conto proprio: esso dà inizioa una catena di reazioni simili a quelleinnescate dal cloro, le quali non richie-dono però la presenza di atomi di ossi-geno libero.

Per quanto rimangano ancora nume-rosi interrogativi sull'effettiva dinamicadei processi chimici che possono concor-rere alla distruzione dell'ozono nellastratosfera della regione antartica, i datiricavati da un importante studio compiu-to nel 1986 nel McMurdo Sound nel-l'Antartide e i risultati preliminari del-l'Airborne Antarctic Ozone Experimentdel 1987 forniscono prove a sostegno

•della teoria dei clorofiuorocarburi. Peresempioj primavera le quantità di mo-nossido i cloro misurate all'interno del

'buco nell'ozono sono elevate.nspetto ailivelli riscontrati alle medie latitudini.Inoltre, proprio come viene previsto dal-

"irréo-ria, il livello di ossidi di azoto nel buco è fortemente depresso rispetto a

uello delle medie latitudini.a i ispom ili forniscono prove in

accordo anche con l'ipotesi che i serbatoi di nitrato di cloro e di acido"cloridricovengano alterati darle nubi. I livelli allo11-ItTrg7g7)7M7-5"-"-Itrai i i ser atoi sonobassi all'inizio della primavera anta1175,

(quando il buco si sta formando), ma poicominciano a salire. L'aumento induce aritenere che gran parte dei gas fosse inprecedenza accumulata in una formanon rilevabile, come nelle particelle del-le nubi. Non è ancora chiaro se anche ilbromo svolga una funzione importantein questo processo, come è suggerito dal-la teoria. I risultati preliminari indicanoche la sua concentrazione potrebbe es-sere non particolarmente elevata nellastratosfera al di sopra del continenteantartico.

I dati a sostegno di un'origine chimicadel buco nell'ozono non eliminano

la possibilità che anche alcuni processi naturali, come una variazione della di-,namica atmosfeTica4 abbiano una Foroimportanza. I processi dinamici non di-struggono l'ozono, ma semplicemente lo ncifgnnuiscono.

sospetto che un mutamento di que-sto genere possa avere un suo ruolo de-riva dal fatto che l'atmosfera non è sta-tica. Essa è piuttosto un fluido tridimen-M-aie in costante movimento, il chemodifica la localizzazione e le quantitànon solo dell'ozono ma di tutte le sostan-ze chimiche che influiscono su di esso.Se il livello dell'o7ono, che in qualchemisura fluttua sempre, risentisse soltanzto della radiazione solare, ci si attende-rseltrrt ipa ovela radiazione sol.Alg_ì_giìLlatrinsallemassime ezze e alle latitudini più bas-se. In rearra il livello di ozono è massimo

non nella parte iù alta della stratosferabensì in que a mediana.sima concentraziorozono non si tro--,7raTai sopra dell'eauatore, (177e1T1niérlo di ozono raggiunge tipicamente solo260 unità Dobson circa, bensì in prossi-mità dei poli.

-

Questa distribuzione si verifica in con-seguenza del fatto che l'aria stratosfericatende a circolare da grandi altezze ai tro-ici verso altezze minori nelle reeioni

polari, trasportano con se ozono for-matosi recentemente. Nèlremistero bo-reale l'aria stratosferica circola fino alPolo Nord, dove il livello medio dell'o-zono raggiunge le 450 unità Dobson cir-ca verso la fine dell'inverno o all'iniziodella primavera. Nell'emisfero australeper la maggior parte dell'anno la circo-lazione si spinge normalmente soltantofino a circa 60 gradi di latitudine sud; quiil livello massimo dell'ozono si aggira at-torno alle 380 unità Dobson. Taluniaspetti peculiari della meteorologia an-tartica, come il vortice polare, impedi-scono all'aria ricca di ozono di spingersiancora più a sud fino alla primaveraavanzata.

In parte a causa di questo andamentodella circolazione, un tempo la quantitàdi ozono nell'atmosfera antartica rima-neva quasi costantemente prossima alle300 unità Dobson durante la maggiorparte dell'inverno e della primavera, perpoi aumentare rapidamente a quasi 400unità Dobson nella tarda primavera,quando il vortice polare si dissipava, per-

MONOSSIDODI CLORO

8>

CFCl2

0 OCC)ATOMO OZONODI CLORO

00

b RADIAZIONE UV O VISIBILE

0->0-->CP0

0000

5 00

>00 VISIBILE

C52° jp(97 O > 0

OZONO

MONOSSIDODI AZOTO

\

24

25

MASSIMODI OZONO

MINIMODI OZONO

CULMINEDELLA TROPOSFERA

MASSIMODI OZONO

POLO NORD

EQUATORE POLO SUD

La circolazione stratosferica, qui illustrata in modo schematico, va dall'equatore verso i poli,trasportando con sé ozono. I livelli massimi di ozono non si riscontrano pertanto all'equatore,dove viene prodotta gran parte di quel gas, ma in prossimità del Polo Nord e a circa 60 gradi dilatitudine sud. L'ozono non si spinge più a sud per la maggior parte dell'anno perché a talelatitudine la circolazione incontra resistenza. Il fatto che i livelli dell'ozono risentano dellacircolazione atmosferica induce a prendere in considerazione l'ipotesi che il buco nell'ozono possaessere in parte legato a un mutamento nella circolazione atmosferica nell'emisfero australe.

mettendo un rapido afflusso d'aria da la-titudini minori. Attualmente, la quanti-tà di ozono rimane pressoché costanteper l'intero inverno, ma diminuisce ra-pidamente in primavera a meno di 200unità Dobson.

Una prima spiegazione in termini didinamica atmosferica del declino prima-verile del livello di ozono si basava sul-l'ipotesi che gli aerosol, o particelle fini,espulsi dall'eruzione del vulcano messi-cano El Chichón, avvenuta nel 1982, po-tessero avere assorbito radiazione sola-re, riscaldando la stratosfera e causandoun movimento «a zampillo» di aria riccadi ozono verso l'alto e verso l'esterno apartire da tale regione. Gran parte deidetriti espulsi dal vulcano sono però oggiscomparsi, cosicché i livelli di ozonoavrebbero dovuto ricominciare a tornarealla normalità. Secondo un'ipotesi con-corrente, ma sempre nel contesto dellateoria dinamica, la risalita dell'ozono sa-rebbe imputabile a un indebolimentodella circolazione di aria ricca di quel gasdiretta verso il Polo Sud da latitudini piùcalde; in sua vece si sarebbe sviluppatauna circolazione inversa che trasferireb-be aria polare ricca di ozono dalla stra-tosfera inferiore verso l'alto e verso l'e-quatore. Quest'aria sarebbe sostituita daaria povera di ozono proveniente dallatroposfera sottostante.

Le prove a favore dell'esistenza di urk,meccanismo dinamico potrebbero pro-venire da un'analisi delle temperature.Se la circolazione primaverile non è sta-ta in grado di raggiungere la regione po-lare, ci si può infatti attendere di ri-scontrare nella regione antartica una di-minuzione tanto nell'afflusso di calorequanto in quello di ozono. Nessuna va-riazione significativa è stata rilevata nel-la temperatura della stratosfera antarti-ca in agosto e in settembre, quando ilbuco è in via di formazione, ma i ricer-

catori hanno trovato temperature mediepiù basse in ottobre. Quest'ultima circo-stanza potrebbe riflettere un ritardo nel-l'afflusso primaverile di aria calda inquella regione.

Come'spesso accade nella scienza, ilsignificato del declino della temperaturain ottobre è aperto ad altre interpreta-zioni. Esso potrebbe derivare, per esem-pio, da una riduzione dell'ozono strato-sferico prodotta da meccanismi chimici,piuttosto che da un mutamento nell'an-damento della circolazione atmosferica.Poiché l'ozono assorbe luce solare, la di-struzione del gas in primavera potrebbeavere come conseguenza l'assorbimentodi una minore quantità di radiazione so-lare e quindi un abbassamento di tempe-ratura dell'atmosfera.

Esistono prove meno ambigue del fat-to che al buco nell'ozono debba contri-buire un qualche tipo di processo di-namico. Durante l'Airborne AntarcticOzone Experiment del 1987 un giorno,il 5 settembre, si rilevò che il livello del-l'ozono era diminuito del 10 per centocirca su un'area di circa tre milioni dichilometri quadrati. I ricercatori perven-nero alla conclusione che nessun mecca-nismo chimico era in grado di fornireuna spiegazione verosimile per un calocosì rapido e vistoso, ma che questa an-dava ricercata nel movimento delle mas-se d'aria. Sembra probabile che in quelcaso aria povera di ozono fosse giuntatemporaneamente nella regione, prove-nendo forse dalla stratosfera inferiore.D'altra parte, quando i ricercatori misu-rarono le concentrazioni dei gas che ser-vono come traccianti per il controllo deimovimenti dell'aria, non trovarono alcu-na prova di una risalita massiccia sugrande scala nella stratosfera.

Teorie dinamiche e teorie chimichevengono prese in esame anche comepossibili spiegazioni di un altro rompica-

po scientifico connesso a questo: la sco-perta che le quantità primaverili di ozo-no presenti nella stratosfera sono dimi-nuite nell'intera regione australe a par-tire da 45 gradi di latitudine sud. Un in-debolimento della circolazione a partiredalle medie latitudini potrebbe senzadubbio dare un contributo a tale diminu-zione, ma potrebbero prendervi parteanche reazioni chimiche. Per esempio,aria chimicamente impoverita in ozonoproveniente dal vortice polare potrebbemescolarsi con aria della regione circo-stante, provocando una perdita com-plessiva netta di ozono.

onsiderati nel loro complesso !datipiù recentícontermano il crescen

sospetto che i cloro uorocar un nvesta-1:20.1,111a4parte imprutautznella IbT--mazi -ne del buco nell'ozono. I nsultati otte-i—nig-indicano inoltre che su questo feno-meno devono avere una sensibile inci-denza sia la singolarissima meteorologiadella regione (il vortice polare, le tenk

ature molto basse della stratosfera ele TISP1 sia, probabilmente, un muta-mento nell'andamento della circolazio-ne atmosfencw-Tremenusfero australe.Che cosa ei dice tutto questo sul possibi-le pericolo cui è esposto lo scudo di ozo-no su scala mondiale?

Sulla base dei dati disponibili, la stra-ordinaria diminuzione stagionale di ozo-no al Polo Sud potrebbe ben essere unsingolare evento locale destinato a nonriproporsi in climi più caldi, ma una sif-fatta valutazione non è definitiva. Unfatto è invece certo: i clorofluorocarburisono in grado di modificare i livelli del-l'ozono atmosferico. Inoltre, il cloro cheè già stato introdotto nella stratosferacontinuerà a interagire con l'ozono perdecenni, quand'anche si decidesse di in-terrompere immediatamente la sua libe-razione nell'atmosfera.

Per queste ragioni, l'accordo conse-guito recentemente a livello mondialesul controllo del consumo dei clorofluo-rocarburi è senza dubbio un'iniziativa lo-devole. Ovviamente si continua a discu-tere se gli obiettivi fissati dal trattato sia-no sufficienti o inutilmente rigorosi, mail problema potrebbe chiarirsi presto. Irisultati completi dell'Airborne Antarc-tic Ozone Experiment dovrebbero esse-re disponibili verso la metà del 1988, intempo per la rassegna scientifica cheuscirà nel 1989 e per un riesame dell'ac-cordo di Montreal previsto per il 1990.

Frattanto il problema del buco nell'o-zono ha rivelato anche un aspetto posi-tivo. Oltre a convincere la comunità in-ternazionale a cooperare per circoscri-vere una minaccia all'ambiente, il bucoha stimolato i ricercatori a studiare ilchimismo e la dinamica dell'atmosferacon una nuova attenzione ai particolari.Questo sforzo ha rivoluzionato la nostraconoscenza del modo in cui l'ozono in-teragisce con altri gas e del modo in cuile interazioni risentono delle condizionimeteorologiche.

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