Atmosfera Ozonosfera

L’ATMOSFERA è l’involucro gassoso che circonda il globo terrestre e che si estende, rarefacendosi progressivamente, fino ad una altezza di centinaia di chilometri. E’ formata da diversi strati concentrici caratterizzati da diversi parametri : composizione gassosa, andamento della temperatura con la quota, stato di ionizzazione, contenuto di ozono, ecc. Partendo dall’interno i diversi strati, distinti in relazione al modo in cui in essi varia la temperatura, assumono le denominazioni di - TROPOSFERA STRATOSFERA MESOSFERA, TERMOSFERA Le fasce in cui ciascuna sfera sfuma in quella successsiva sono chiamate PAUSE

Troposfera Ha uno spessore di circa 8 (poli)-16(equatore)km. E’ la parte più densa dell’atmosfera. La temperatura decresce con l’altezza di circa 6°C per ogni Km. Nella tropopausa si raggiungono temperature inferiori ai -60°C È caratterizzata dalla presenza degli organismi viventi e sede dei diversi fenomeni climatici e meteorologici. La maggior parte degli inquinanti atmosferici rimane confinata nella troposfera , alcuni concentrati vicino alla superficie terrestre, altri come O3, CO2, CH4, sono distribuiti in modo più uniforme. Vapor d’acqua : proviene essenzialmente dall’evaporazione delle superfici liquide. Pulviscolo atmosferico: costituito da svariati elementi provenienti dal suolo, dal disfacimento di sostanze organiche e pollini, dai microrganismi ( virus, batteri,..)

Due elementi, Azoto e Ossigeno, costituiscono il 99% dell’intera composizione dell’aria. Il restante 1% è costituito da tracce di gas, di cui il più importante è l’Ar (0,93%) ed altri due che,sebbene presenti in piccolissime quantità, sono molto importanti per la vita sulla terra: CO2 (0,03%) ozono O3. Essi hanno grande importanza per i processi atmosferici Importantissimo anche il vapore acqueo, la cui quantità è variabile e diminuisce rapidamente man mano che si procede verso l’alto

STRATOSFERA Si estende in altezza fino a 50 chilometri. Rispetto alla troposfera,questa parte è più secca e meno densa. Qui, la temperatura riprende a salire con l’altezza fino ad un valore di oltre 10°C in corrispondenza della STRATOPAUSA (a circa 50Km di altezza. Si forma e si trova qui lo strato di ozono, (ozonosfera) che assorbe e diffonde la radiazione ultravioletta solare evitando che raggiunga la terra. L’assorbimento della radiazione UV spiega aumento di T°

Mesosfera Estesa dai 50 agli 80 km di altezza è lo strato in cui la temperatura ricomincia a scendere fino a raggiungere i -80°C in corrispondenza della MESOPAUSA Qui la luce solare scinde le molecole presenti (ad esempio l’H2O è scissa in atomi di idrogeno  e ioni ossidrili )

Termosfera chiamata anche ionosfera, è situata ad oltre 80 km di quota, contiene particelle di gas ionizzate o dissociate, è molto calda (fino ad alcune centinaia di gradi Celsius) ed è quasi completamente rarefatta.

INQUINAMENTO E PROBLEMI SU SCALA PLANETARIA PIOGGE ACIDE BUCO OZONO EFFETTO SERRA CAMBIAMENTI CLIMATICI

Che cos’è l’ozono? L'ozono è una molecola che contiene tre atomi di ossigeno, uno in più rispetto alla molto più abbondante molecola biatomica O2. A causa dell'atomo "in più" l'ozono è una specie estremamente reattiva: l'ozono in stratosfera interagisce con la luce solare, assorbe la radiazione UV-B ed UV-C e svolge una funzione fondamentale di schermo nei confronti delle radiazioni nocive per la pelle; l'ozono in troposfera, invece, se in eccesso risulta tossico ed irritante per molte piante ed animali ed è in grado di danneggiare materiali plastici.

Distribuzione ozono

L’ozono stratosferico: Il BUCO DELL’OZONO Troppo ozono in troposfera, troppo poco in stratosfera Esistono due importantissime problematiche ambientali riguardanti l'ozono: la diminuzione di ozono stratosferico e l'aumento di ozono troposferico, due fenomeni apparentemente di tipo opposto ma entrambi controllati dall'immissione in atmosfera di sostanze inquinanti da parte dell'uomo. L’ozono stratosferico: Il BUCO DELL’OZONO Formazione e distruzione di ozono La concentrazione di ozono in stratosfera è il risultato del bilanciamento fra reazioni di formazione e distruzione. Se non intervengono altri fattori, la quantità di ozono raggiunge quindi un cosiddetto stato stazionario soggetto a normali oscillazioni stagionali poichè regolato dalla quantità di luce e di ossigeno presente. Per effetto delle correnti stratosferiche l'ozono inoltre viene trasportato dalle regioni tropicali a quelle polari dove è quindi presente in quantità superiore

Reazioni formazione e distruzione ozono

La radiazione Solare può essere distinta in 3 componenti principali a seconda della lunghezza d’onda l : ULTRAVIOLETTO (100-400 nanometri) 10% VISIBILE ( 400-750nm.) 45% INFRAROSSO (750-3000nm.) 45% i RAGGI UVC , con lunghezza d’onda fino a 280 nm. sono i più dannosi, ma non riescono a superare l’atmosfera terrestre. Per questo i più pericolosi per la salute sono in realtà i RAGGI UVB (280-315 nm.), che causano infiammazione e malattie oculari. I RAGGI UVA (315-380 nm.) sono quelli che ci abbronzano, ma in dosi eccessive invecchiano la pelle e sono cancerogeni

La diminuzione dell'ozono stratosferico, molto più di un'oscillazione stagionale A partire dalla metà degli anni '70 è stata notata una progressiva e consistente diminuzione della quantità stratosferica di ozono misurata ogni mese di ottobre sopra l'Antartide, un vero e proprio "buco" nel già sottile strato di ozono della primavera antartica.

I CFC e la diminuzione di ozono stratosferico  La causa della formazione del "buco" dell'ozono è stata individuata nell'immissione in atmosfera di massicce quantità di composti di origine antropogenica, i clorofluorocarburi (CFC). I clorofluorocarburi sono composti chimici di origine sintetica composti da carbonio, cloro e fluoro, non tossici e chimicamente inerti. Proprio per queste ottime caratteristiche, il loro utilizzo è stato massiccio: sono stati impiegati come liquidi refrigeranti nei frigoriferi e nei condizionatori CFC12 (Freon), come solventi, negli estintori, come isolanti termici CFC11, come propellenti, nella produzione di schiume espanse. Questi composti sono però estremamente persistenti ed inerti nei confronti dei normali processi di degradazione che naturalmente provvedono a ripulire l'atmosfera dalla maggior parte degli inquinanti. I CFC una volta immessi in troposfera vi rimangono per anni, si distribuiscono su tutto il pianeta, raggiungono inalterati la stratosfera e qui, per effetto della forte radiazione solare, liberano atomi di cloro radicale.

Il cloro radicale è il vero catalizzatore della distruzione di ozono Un catalizzatore è una specie chimica che è in grado di aumentare la velocità di una reazione senza essere consumato alla fine della reazione stessa, quindi un solo radicale cloro è capace di promuovere la distruzione di moltissime molecole di ozono. Cl° + O3 → ClO + O2 ClO + O3 → ClO2 + O2 ClO2 + raggi UV → Cl° + O2

Il cloro radicale è il vero catalizzatore della distruzione di ozono Un catalizzatore è una specie chimica che è in grado di aumentare la velocità di una reazione senza essere consumato alla fine della reazione stessa, quindi un solo radicale cloro è capace di promuovere la distruzione di moltissime molecole di ozono. Fortunatamente la maggior parte di cloro radicale formatosi dai CFC viene trasformato in stratosfera in acido cloridrico HCl e cloronitrato ClONO2, composti innocui per l'ozono. Meccanismi di autodifesa

Altri composti responsabili assottigliamento strato ozono sono gli HALON: Termine generico ad indicare diversi gas di sintesi formati da carbonio e alogeni: - Tetracloruro di carbonio CCl4 Metilcloroformio CH3CCl3 1,1,1 tricloroetano HCFC HBFC Bromuro di metile CH3Br da attività agricole (fumigazioni) e gas auto benzine con piombo

Perché il buco dell'ozono è proprio in Antartide? Per quale motivo allora i clorofluorocarburi provocano una diminuzione primaverile così massiccia di ozono sull'Antartide? La causa risiede nelle particolari condizioni climatiche che si instaurano durante l'inverno: temperature bassissime e formazione di PSC (nubi stratosferiche polari) e vortici. All'interno di queste nubi, viene promossa la formazione di grandi quantità di cloro molecolare gassoso che al primo sole primaverile si dissocia formando cloro monoatomico radicale ed innescando così la reazione di distruzione di quasi tutto l'ozono stratosferico sopra l'Antartide. In tarda primavera le PSC scompaiono, i meccanismi di distruzione catalitica si arrestano ed il "buco" si richiude.

A partire dagli anni'80 e soprattutto dopo gli accordi del protocollo di Montreal, la produzione ed il consumo di CFC sono rapidamente diminuiti. I clorofluorocarburi sono stati sostituiti nei loro impieghi con altri composti meno pericolosi per l'ozono: i perfluorocarburi PFC, composti che non contengono cloro e gli idroclorofluorocarburi HCFC, composti che oltre a carbonio, cloro e fluoro contengono anche idrogeno. Gli HCFC sono meno pericolosi per l'ozono stratosferico perché meno persistenti e più degradabili dei primi CFC.                               Il buco dell'ozono si sta richiudendo? Vi sono indizi che fanno sperare che il buco dell'ozono, seppur lentamente, si stia richiudendo.

PROBLEMI CONNESSI AL BUCO DELL’OZONO Penetrazione radiazione UV comporta EFFETTI NOCIVI SALUTE UOMO EFFETTI NOCIVI PRODUTTIVITA’ ECOSISTEMI ACQUATICI E TERRESTRI Problemi vista - cancro alla pelle - soppressione sistema immunitario Influenza metabolismo azoto e fotosintesi Riduzione produzione FITOPLANCTON Effetti rete alimentare Riduzione CO2 fissata Riduzione popolazioni pesci

L’ozono in troposfera L'ozono è un gas tossico, quindi se presente in troposfera in concentrazione troppo elevata ha effetti negativi sulla salute dell'uomo, sulle piante, sui materiali plastici ed anche sul clima. L'ozono in troposfera non è un inquinante primario ma bensì un inquinante secondario. La sua formazione è legata ad episodi di smog fotochimico: "inquinamento dell'aria dovuto soprattutto agli scarichi degli autoveicoli che provoca foschia con particelle in sospensione contenenti derivati degli scarichi e loro sottoprodotti". L'ozono attacca il nostro sistema respiratorio Sappiamo che i composti organici, fatti di carbonio (C) e idrogeno (H), sono presenti in tutti gli organismi viventi, nelle piante, negli animali e nei nostri corpi. Oltre a C e H questi composti possono anche contenere ossigeno (O), azoto (N), zolfo (S) e fosforo (P). Le principali strutture dei composti organici sono composte da carbonio, ed hanno generalmente legami C-C singoli e doppi C=C. I doppi legami C=C si possono trovare ovunque; negli acidi grassi non saturi, nell'emoglobina, nelle proteine, sulla superfice degli alveoli polmonari, nella mucosa polmonare e in molte altre biomolecole. L'ozono reagisce con i doppi legami C=C e spezza la molecola in radicali molto reattivi. Questi radicali reagiscono ulteriormente ed il risultato finale ad esempio può essere un'infiammazione dei polmoni. Questa causa problemi respiratori in persone anche sane ed è particolarmente pericoloso per le persone con l'asma.

  I VOC ed i NOx Essendo l'ozono un inquinante secondario, la sua presenza dipende da inquinanti primari e fattori ambientali: intensità radiazione solare; livelli di concentrazione di ossidi di azoto NOx; livelli di concentrazione di composti organici volatili (VOC, volatile organic compounds).

 La quantità di ozono presente in troposfera dipende quindi dal trasporto verso il basso di ozono stratosferico e dalle reazioni di distruzione e produzione in troposfera, regolate dall'intensità della radiazione solare e dalla quantità di ossidi di azoto. Si può dire che NO2 (biossido di azoto) formi ozono ed NO (monossido di azoto) lo distrugga.  

Se l'aria è inquinata l'ozono si accumula In aria inquinata da scarichi di autoveicoli e cioè in presenza di VOC incombusti, NO viene sequestrato e contemporaneamente si forma NO2. Si forma più ozono e la reazione di distruzione di ozono non avviene: si ha accumulo di ozono. Oltre alla formazione di ozono, in quel grande reattore  chimico che è la troposfera,  si ha anche la formazione di altri inquinanti spesso tossici. I meccanismi sono complessi e coinvolgono il radicale OH (lo spazzino dell'atmosfera).   Strategie per il controllo di ozono troposferico L'ozono è un inquinante secondario, la sua presenza dipende da inquinanti primari e fattori ambientali, le strategie per il controllo dell'ozono troposferico sono quindi complesse e devono mirare alla diminuzione degli inquinanti primari. Solo alcuni esempi: innovazioni tecnologiche sui veicoli (motori più efficienti e marmitte catalitiche) e sugli impianti di riscaldamento; uso di carburanti alternativi che migliorino l'efficienza dei motori; ispezione e manutenzione periodiche dei  veicoli e degli impianti di riscaldamento; razionalizzazione del traffico.