L’Ozono, un gas atmosfericobuono o cattivo ?

Stan Cieslik O3

Ozono, inquinante o no ?

Ambedue le cose !

“Buon” ozono

Ozono “cattivo”

Ozono stratosferico

“lo strato di ozono ”

90% dell’ozono che contienel’atmosfera

Origine : naturale

Ozono troposferico

10% dell’ozono che contienel’atmosfera

Maggiormente antropogenico

Perché l’ozono stratosferico è “buono” ?

Perché ha permesso a questi tre signori di vincere il premio Nobel !

Sherwood Rowland Mario Molina Paul Crutzen

E nessuno l’ha vinto per l’ozono troposferico !

Ma forse è meno importante ? Bisogna vedere …

?

E nesuno l’ha vinto per l’ozono troposferico !

Ma forse è meno importante ? Bisogna vedere …

Pyramid of effects caused by ozoneThe relationship between the severity of the effect and the proportion of the population experiencing the effect can be presented as a pyramid. Many individuals experience the least serious, most common effects shown at the bottom of the pyramid. Fewer individuals experience the more severe effects such as hospitalization or death.

(documento EPA)

Ci sono anche danni da ozono sulla vegetazione

La fotosintesi viene perturbata, quindi la pianta cresce piùlentamente perdite di produzione agricola, riduzione dibiomassa forestale …

Conclusione :

L’ozono stratosferico è “buono” perché filtra le radiazioni solari ultraviolette, dannose per la vita alla superficie terrestre.

L’ozono troposferico è “cattivo” perché

causa danni alla salute umana e allavegetazione.

Diventa quindi un “inquinante”.

The stratospheric ozone layer acts as a UV radiation filter

…

Stratosfera

La scomparsa dell’ozono stratosfericoprovocherebbe la morte di tutti gli esseriviventi sulla superficie terrestre !

Lo strato di ozono deve dunque essereprotetto contro ogni minaccia.

…

TroposferaAl contrario, una concentrazione troppoalta di ozono troposferico provoca:

•Disturbi respiratori ed altre patologiedovute al potere ossidativo dell’ozono.

•Danni alla vegetazione e riduzioni dellabiomassa, e dunque della produzioneagricola, con minore assorzione dicarbonio.

Non è facile studiare l’ozono, perché il suo comportamentonell’atmosfera è molto capriccioso …

Perché ?

Colpa della sua struttura molecolare !

L’ozono è una molecola insatura : due electtroni sono comuni a tre atomi.

Questo provoca una forte instabilità chimica, quindi una forte reattività.

Nell’atmosfera, l’ozono è protagonista di un gran numero di reazionii

dette “fotochimiche”

L’ozono ha una lunga storia.

Scoperto nel 1839 da Christian Friedrich Schönbein (1799-1868)

Però, non credendo nella teoria atomica, non fu capace di stabilirne la formola chimica !

Le misurazioni delle concentrazioni di ozono nell’ariarisalgono all’ottocento. Erono condotte a Moncalieri, vicino a Torino, in Sudamerica, a Vienna, a Parigi (osservatorio di Montsouris). Due ricercatoritedeschi, Volz e Kley (1988) hanno ricalibrato queste misurazionicon metodi moderni e sono riusciti a ricostruire la storiadell’ozono troposferico da 150 anni, combinando i loro risultaticon osservazioni più recenti.

0

10

20

30

40

50

60

1870 1890 1910 1930 1950 1970 1990 2010Year

Conclusione :

Chiaramente, l’ozono troposferico è cresciuto in modo continuo da più di un secolo.

La concentrazione media è salita da 10 a 50 ppb

Neanche le recenti politiche di lotta control’inquinamento sono riuscite a invertire la tendenza.

Nella stratosfera, invece, assistiamo allo schema opposto : l’ozona sta(va) diminuendo.

Anche questo era dovuto all’inquinamento. L’assottigliamento dello strato di ozono stratosferico èuna minaccia per tutta la biosfera.

Aumento ozono troposferico +

Diminuzione ozono stratosfericp

Doppio pericolo !

Un pò di storia dell’ozono of stratosferico :

All’inizio del novecento si osservò un’analogia fra lo spettro di assorzione ultravioletta dell’ozono e quellodell’atmosfera absorption

Fabry and Buisson (1921) ne dedurono che la quantitàtotale di ozono lungo una colonna verticale, se venissecompressa a pressione di un’atmosfera, avrebbeformato uno strato 3 mm (Dobson Units, DU).

Poi fu trovato un metodo per ricostruire il profilo verticaledell’ozono. Una serie di misurazioni regolari fu iniziata

Così fu scoperto lo “strato” di ozono, la cui concentrazione massimasi trova verso i 22-25 km di quota.

Le misurazioni regolari mostrano, però, che lo strato ha iniziato un assottigliamento dagli anni ’70 !

A che cosa èdovuto quelfenomeno ?

Una teoria fotochimica fu proposta da S. Chapman (1931) per spiegarel’esistenza dello strato di ozono nella stratosfera.

Secondo questa teoria, la presenza dell’ozono viene spiegata da un equilibrio fra produzione :

O2 + hν O + O

O2 + O + M O3 + M

e destruzione :

O3 + hν O2 + O

O3 +O 2O2

Un’ipotesi formulata negli anni ‘70 postulava che composti di azoto e idrogeno potessero contribuire alla distruzione dell’ozonostratosferico, perturbando il ciclo sopra mostrato.

Gli aerei supersonici (Concorde,…) emettono questi composti e volanonel mezzo dello strato d’ozono …

Quell’articolo fu il primo passo che portò Paul Crutzen a Stoccolma, dove ricevette in premio Nobel nel1995.

[SST significa “Super Sonic Transport”, riferendosi agliaerei civili supersonici]

Dopo anni di ricerche, comprendendo sia osservazioni che calcoli, fu stablito che gli SST’s potevano venire scagionati dall’accusa didistruggere l’ozono.

Invece fu trovato un altro colpevole :

Gli accusatori, Molina and Rowland (anche loro premiati Nobel…) trovarono che il cloro aveva un potere distruttivo dell’ozono benmaggiore rispetto agli ossidi di azoto..

Il cloro entra nella composizione dei cosiddetti CFC , utilizzati neglisprays e nei frigoriferi.

Cl !

Il cloro “attacca” l’ozono in un ciclo autocatalitico :

Cl + O3 ClO + O2

ClO + O Cl + O2

___________________ O3 + O 2O2

L’atomo di cloro viene rigenerato alla fine di ogni ciclo e può quindi iniziare nuovi cicli. Lo può fare 600 volte prima di venire coinvolto da altre reazioni, quindi tolto al ciclo.

Il cloro viene da questi “CFC” (ChloroFluoroCarbons) :

…che, una volta rilasciati nell’aria, migrano verso l’altofino a raggiungere la stratosfera, dove liberano gli atomidi cloro e cominciano il loro lavoro di distruzionedell’ozono.

Però il Protocollo di Montreal, firmato nel 1987, ha PROIBITO la produzione di CFC a livelo mondiale.

Action taken to protect the ozone layer

Through an international agreement known as the Montreal Protocol on Substances that Deplete the Ozone Layer, governments have decided to eventually discontinue production of CFCs, halons, carbon tetrachloride, and methyl chloroform (except for a few special uses), and industry has developed more "ozone-friendly" substitutes. All other things being equal, and with adherence to the international agreements, the ozone layer is expected to recover over the next 50 years or so.

Thanks to the Montreal Protocol, th worldwide CFC production decreases drastically

Ciononostante, la distruzione dell’ozono fu osservata (1985) la dove nessuno l’aspettava : sopra l’Antartide !

Profili verticali di ozone sopra l’Antartide, d’estate e d’inverno,

InvernoEstate

Un errore visto spesso : il buco di ozono è permanente.

Invece no : si forma in primavera (meridionale, cioè ottobre)

e scompare in autunno.

This was due to the cryogenic “trapping” of chlorinated compounds on Polar Stratospgeric Clouds (PSC’s) …

Secondo le ultime notizie, l’ozono sopra l’Antartide si sta riprendendo !

Il Protocollo di Montreal è quindi servito a qualcosa.

… which evaporate every austral spring, liberating a huge amount of ClO, then dissociated in chlorine atoms

rispondo a kyara g....non devi cantarevittoria...perchè se il buco si allarga molto di più ilsole penetra molto di più e fa sciogliere il ghiaccioche c'è nell'antartico....le acque si innalzerebberoe l'italia (visto che è solo una penisola) sabebbesommersa.....anche se questo succederà tramoltissimi anni perchè il ghiaccio è tantissimo....e ci vuole molto tempo....ma non importa....quindi....

Si trovano su internet dei divertenti dialoghi e riflessioni …

www.nationalgeographic.it/ambiente/.../effects_of_global_warming-298...14 apr 2010 - Il ricercatore Nill Fraser ha monitorato la diminuzione in Antartide dei pinguini di Adelia, la cui ... Teme che, se il ghiaccio marino scomparirà, anchegli orsi polari scompariranno. Fonte per ... La riduzionedell'ozono ... Le immagini più belle in grande formato datrasformare nello sfondo del vostro schermo.

Si trovano su internet dei divertenti dialoghi e riflessioni …

Hole in ozone layer has shielded most of Antarctica from global warming The ozone hole has delayed the impact of greenhouse gas increases on the climate of the continent. Consequently south polar winds (the polar vortex), have intensified and affected Antarctic weather patterns. Westerly winds over the Southern Ocean that surrounds Antarctica have increased by around 15%. The stronger winds have effectively isolated Antarctica from the warming elsewhere on the planet. As a result during the past 30 years there has been little change in surface temperature over much of the vast Antarctic continent, although West Antarctica has warmed slightly. An important exception is the eastern coast of the Antarctic Peninsula, which has seen rapid summer warming. This warming is caused by stronger westerly winds bringing warm, wet air into the region from the ocean.

The scientific committee on Antarctic Research (SCAR)

La realtà è ben diversa …

La realtà è ben diversa …

Ghiaccio antartico

1978-2014

Ghiaccio artico

1978-2014

Evoluzione del bucodi ozono 1978-2014

M. Sigmond and J.C. Fyfe, Has the ozone hole contributed to increase Antarctic sea ice extent ? Geophysical Research Letters, 37, L18502(2010)

Dunque : un bel esempio di bufale o errori da evitare

ll buco di ozono sopra l’Antartide fa sciogliere ilghiaccio !

Non c’entra niente.

Le radiazioni ultraviolette lasciate passare dal “buco”non costituiscono che una parte contenuta dellaradiazione solare, contribuiscono quindi pochissimo al riscaldamento.

Adesso scendiamo fino alla troposfera

C’è anche qui l’ozono, ma meno, perché la radiazioneUV alla superficie non basta per formarne molto.

Però la fotodissociazione di NO2 in presenza diidrocarburi (VOC), generalmente emessi da attivitàumane, produce ozono, che così diventa un inquinantesecondario.

I processi fotochimici coinvolgendo l’ozono

sono qui complicatissimi !

Non entriamo neidettagli, roba da chimici !

Questa complessità si rispechia sulla difficoltà incontrate per

risolvere il problema dell’ozono troposferico

Ci sono due ragioni del parziale fallimento dellepolitiche di riduzione dell’ozono troposferico :

1. La complicazione dei processi chimici;

2. L’ozono è un inquinante secondario. Non viene direttamente collegato con le emissioni.

Alcuni risultati sono comunque stati raggiunti : I “picchi” di ozono sono parzialmente spariti, però la concentrazione di fondo continua a crescere.

Mappe mondiali di ozono troposferico pre-industriale e odierne, calcolate con il modello MOZART

(NCAR Boulder, Brasseur et al., 2000)

Quattro “hot spots” estivi : California, Est USA, Europa, Cina,

dove le concentrazioni sono 5 volte I valori pre-industriali

Ma l’ozono troposferico ha un altro effetto negativo :

Peggiora il cambiamento climatico !

Rallentando la crescita della vegetazione, rallenta anchel’assorbimento del CO2 dalla vegetazione.

Foto microscopica di tessuti danneggiati da ozono in foglie di cipolla, ottenute con una tecnica usata dal reparto di fitopatologia dell’Universita’ statale di Milano (Faoro and Iriti, 2003).

L’ozono penetra nei tessuti delle flglie attraverso gli stomi;

le prime cellule danneggiate sono quelle attorno agli stomi.

Ozono assorbito dalla vegetazione :

meno fotosintesi

Meno carbonio eliminato dall’atmosfera

Più riscaldamento globale (Sitch et al., 2007).

Così l’aumento di ozono contribuisce al cambiamento climatico in due modi.

Messagio che vorremmo far passare : -Informiamo i politici dell’importanza dell’ozonotroposferico . Quello stratosferico fu oggetto diattenzione ben maggiore.

-Dobbiamo lottare contro l’ignoranza del pubblico e spiegare i problemi evitando le semplificazioni.

Le seguenti bufale, le ho sentite da persone pocoinformate; alcune avevano responsabilità politiche (non erano giornalisti !) :

- Qualcuno mi domandò se non si potesse mandarel’eccesso di ozono troposferico verso la stratosfera, e così sirisolverebbero ambedue I problemi !

- Un altro mi suggerì che, se l’ozono stratosfericoscomparisse, la radiazione ultravioletta penetrerebbe a quote più basse e un nuovo strato di ozono si riformerebbe, risolvendo così il problema

- Poi c’è la questione dello scioglimento del ghiaccio polaredovuto al buco di ozono, già menzionato.

Grazie per l’attenzione !

O3

Tocco finale : l’ozono è popolare !