Perché si formano i buchi dell’ozono? Buchi dell'ozono: cause e conseguenze. La storia della scoperta dei buchi dell'ozono nell'atmosfera

Questo enorme buco nello strato di ozono terrestre è stato scoperto nel 1985; è apparso sopra l'Antartide. Ha un diametro di oltre mille chilometri e un'area di circa nove milioni di chilometri quadrati.

Ogni anno nel mese di agosto il buco scompare e sembra che questo enorme buco nell'ozono non sia mai esistito.

Buco dell'ozono: definizione

Un buco nell'ozono è una diminuzione o una completa assenza di concentrazione di ozono nello strato di ozono terrestre. Secondo il rapporto dell'Organizzazione meteorologica mondiale e la teoria generalmente accettata nella scienza, una diminuzione significativa dello strato di ozono è causata da un fattore antropogenico in costante aumento: il rilascio di freon contenenti bromo e cloro.

Esiste un'altra ipotesi secondo la quale lo stesso processo di formazione dei buchi nello strato di ozono è naturale e non è in alcun modo correlato ai risultati delle attività della civiltà umana.

Una combinazione di fattori provoca una diminuzione della concentrazione di ozono nell’atmosfera. Uno dei principali è la distruzione delle molecole di ozono durante le reazioni con varie sostanze di origine naturale e antropica, nonché l'assenza di luce solare e radiazioni durante l'inverno polare. Ne fanno parte il vortice polare, che è particolarmente stabile e impedisce la penetrazione dell'ozono dalle latitudini circumpolari, e le risultanti nubi polari stratosferiche, la cui superficie le cui particelle fungono da catalizzatore per la reazione di decadimento dell'ozono.

Questi fattori sono tipici dell'Antartide e nell'Artico il vortice polare è molto più debole a causa del fatto che lì non c'è superficie continentale. La temperatura qui è leggermente più alta, a differenza dell'Antartide. Le nubi stratosferiche polari sono meno comuni nell'Artico e tendono a sciogliersi all'inizio dell'autunno.

Cos'è l'ozono?

L’ozono è una sostanza tossica dannosa per l’uomo. In piccole quantità ha un odore molto gradevole. Per assicurarti di ciò, puoi fare una passeggiata nella foresta durante un temporale: in quel momento ti godrai l'aria fresca, ma poi ti sentirai molto male.

In condizioni normali, non c'è praticamente ozono sul fondo dell'atmosfera terrestre: questa sostanza è presente in grandi quantità nella stratosfera, a partire da circa 11 chilometri sopra la terra e estendendosi fino a 50-51 chilometri. Lo strato di ozono si trova proprio in alto, cioè a circa 51 chilometri sopra la terra. Questo strato assorbe i raggi mortali del sole e quindi protegge la nostra vita e non solo la nostra.

Prima della scoperta dei buchi dell’ozono, l’ozono era considerato una sostanza che avvelena l’atmosfera. Si credeva che l'atmosfera fosse piena di ozono e che fosse questo il principale colpevole dell'effetto serra, contro il quale bisognava fare qualcosa.

Nel presente, l’umanità, al contrario, sta cercando di adottare misure per ripristinare lo strato di ozono, poiché lo strato di ozono si sta assottigliando in tutta la Terra, e non solo sopra l’Antartide.

Un buco nell'ozono è una diminuzione locale della concentrazione di ozono nello strato di ozono terrestre. Inizialmente, gli esperti hanno suggerito che la concentrazione di ozono tende a cambiare a causa delle particelle emesse durante qualsiasi esplosione atomica.

Per molto tempo gli aerei ad alta quota e i voli spaziali sono stati considerati i colpevoli della comparsa dei buchi dell’ozono nell’atmosfera terrestre.

Tuttavia, numerosi studi ed esperimenti hanno dimostrato che i livelli di ozono possono variare qualitativamente a causa di alcuni inquinanti atmosferici contenenti azoto presenti in natura.

Le principali cause dei buchi dell'ozono

È stato accertato da tempo che la maggior parte dell’ozono naturale si trova ad un’altitudine compresa tra 15 e 50 chilometri sopra la superficie terrestre, nella stratosfera. L’ozono apporta il massimo beneficio assorbendo una quantità significativa di radiazione solare ultravioletta, che altrimenti sarebbe distruttiva per gli organismi viventi sul nostro pianeta. Una diminuzione della concentrazione di ozono in un determinato luogo può essere dovuta a due tipi di inquinamento atmosferico. Questi includono:

1. Processi naturali che causano l'inquinamento atmosferico.
2. Inquinamento antropogenico dell'atmosfera terrestre.

Nel mantello terrestre si verificano costantemente processi di degassamento che danno luogo al rilascio di una varietà di composti organici. I vulcani di fango e le sorgenti idrotermali possono generare questi tipi di gas.

Inoltre, nella crosta terrestre ci sono alcuni gas che si trovano allo stato libero. Alcuni di essi sono in grado di raggiungere la superficie terrestre e di diffondersi nell'atmosfera attraverso le fessure della crosta terrestre. Pertanto, l’aria superficiale sopra i bacini di petrolio e gas spesso contiene livelli elevati di metano. Questi tipi di inquinamento possono essere classificati come naturali – ovvero si verificano in connessione con fenomeni naturali.

L’inquinamento atmosferico di origine antropica può essere causato dai lanci di razzi spaziali e dai voli di jet supersonici. Inoltre, un gran numero di vari composti chimici vengono rilasciati nell'atmosfera durante l'estrazione e la lavorazione di numerosi minerali dalle viscere della terra.

Anche le grandi città industriali, che sono fonti antropiche uniche, svolgono un ruolo significativo nell’inquinamento atmosferico. Le masse d'aria in tali aree sono inquinate a causa dell'ampio flusso di trasporti stradali, nonché a causa delle emissioni di varie imprese industriali.

La storia della scoperta dei buchi dell'ozono nell'atmosfera

Il buco dell'ozono fu scoperto per la prima volta nel 1985 da un gruppo di scienziati britannici guidati da Joe Farman. Il diametro del buco era di oltre 1000 chilometri e si trovava sopra l'Antartide, nell'emisfero australe. Apparendo ogni anno nel mese di agosto, questo buco dell'ozono è scomparso tra dicembre e gennaio.

L'anno 1992 è stato segnato per gli scienziati dal fatto che un altro buco dell'ozono, con un diametro molto più piccolo, si era formato nell'emisfero settentrionale in Antartide. E nel 2008, il diametro del primo fenomeno dell'ozono scoperto in Antartide ha raggiunto la sua dimensione record massima: 27 milioni di chilometri quadrati.

Possibili conseguenze dell'espansione dei buchi dell'ozono

Poiché lo strato di ozono è progettato per proteggere la superficie del nostro pianeta dall'eccesso di radiazione solare ultravioletta, i buchi dell'ozono possono essere considerati un fenomeno davvero pericoloso per gli organismi viventi. Una diminuzione dello strato di ozono aumenta significativamente il flusso di radiazioni solari, il che può contribuire ad un forte aumento del numero di tumori della pelle. La comparsa dei buchi dell’ozono non è meno distruttiva per le piante e gli animali sulla Terra.

Grazie all’attenzione pubblica, nel 1985 è stata adottata la Convenzione di Vienna per la protezione dello strato di ozono. Poi venne il cosiddetto Protocollo di Montreal, adottato nel 1987, che definiva un elenco dei clorofluorocarburi più pericolosi. Allo stesso tempo, i paesi produttori di questi inquinanti atmosferici si sono impegnati a limitarne il rilascio e, entro il 2000, a fermarli del tutto.

Ipotesi sull'origine naturale del buco dell'ozono

Ma gli scienziati russi hanno pubblicato la conferma dell'ipotesi sull'origine naturale del buco dell'ozono nell'Antartide. Nel 1999, presso l'Università statale di Mosca, NPO Typhoon ha pubblicato un lavoro scientifico in cui, secondo i calcoli dei geofisici A.P. Kapitsa e A.A. Gavrilova, il buco dell'ozono antartico esisteva prima che fosse scoperto con metodi sperimentali diretti nel 1982, il che, secondo gli scienziati russi, conferma l'ipotesi dell'origine naturale del buco dell'ozono sopra l'Antartide.

Gli autori di questo lavoro scientifico sono stati A.P. Kapitsa (membro corrispondente dell'Accademia russa delle scienze) e A.A. Gavrilov (Università statale di Mosca). Questi due scienziati sono stati in grado di stabilire che il numero di fatti che contraddicono l'ipotesi antropica sull'origine del buco dell'ozono in Antartide è in costante crescita, e dopo aver dimostrato che i dati di valori anomali bassi del contenuto totale di ozono in Antartide nel 1957-1959 hanno ragione, è diventato evidente che la causa dei buchi dell’ozono è diversa da quella antropica.

I risultati della ricerca di Kapitsa e Gavrilov sono stati pubblicati in Reports of the Academy of Sciences, 1999, volume 366, n° 4, p. 543-546

introduzione

1.2 Buco dell'ozono sull'Antartide

2. Principali misure per la tutela dello strato di ozono

3. Regola della complementarità ottimale delle componenti

4. Legge N.F. Reimers sulla distruzione della gerarchia degli ecosistemi

Conclusione

Elenco della letteratura usata

introduzione

La moderna atmosfera di ossigeno della Terra è un fenomeno unico tra i pianeti del sistema solare e questa caratteristica è associata alla presenza della vita sul nostro pianeta.

Il problema ambientale è senza dubbio il più importante per le persone oggi. La realtà di una catastrofe ambientale è indicata dalla distruzione dello strato di ozono terrestre. L'ozono è una forma triatomica di ossigeno, formata negli strati superiori dell'atmosfera sotto l'influenza della radiazione ultravioletta dura (a onde corte) proveniente dal sole.

Oggi l'ozono preoccupa tutti, anche quelli che prima non sospettavano l'esistenza di uno strato di ozono nell'atmosfera, ma credevano solo che l'odore dell'ozono fosse un segno di aria fresca. (Non per niente ozono significa "odore" in greco.) Questo interesse è comprensibile: stiamo parlando del futuro dell'intera biosfera terrestre, compreso l'uomo stesso. Attualmente è necessario prendere alcune decisioni vincolanti per tutti che ci consentirebbero di preservare lo strato di ozono. Ma affinché queste decisioni siano corrette, abbiamo bisogno di informazioni complete sui fattori che modificano la quantità di ozono nell’atmosfera terrestre, nonché sulle proprietà dell’ozono e su come reagisce esattamente a questi fattori.

1. Buchi dell'ozono e cause della loro comparsa

Lo strato di ozono è un'ampia fascia atmosferica che si estende da 10 a 50 km sopra la superficie terrestre. Chimicamente, l'ozono è una molecola composta da tre atomi di ossigeno (una molecola di ossigeno contiene due atomi). La concentrazione di ozono nell'atmosfera è molto bassa e piccoli cambiamenti nella quantità di ozono portano a grandi cambiamenti nell'intensità della radiazione ultravioletta che raggiunge la superficie terrestre. A differenza dell’ossigeno normale, l’ozono è instabile; si trasforma facilmente nella forma biatomica e stabile dell’ossigeno. L’ozono è un agente ossidante molto più forte dell’ossigeno e questo lo rende capace di uccidere i batteri e inibire la crescita e lo sviluppo delle piante. Tuttavia, a causa della sua bassa concentrazione negli strati superficiali dell'aria in condizioni normali, queste caratteristiche non hanno praticamente alcun effetto sullo stato dei sistemi viventi.

Molto più importante è l'altra sua proprietà, che rende questo gas assolutamente necessario per tutta la vita sulla terra. Questa proprietà è la capacità dell'ozono di assorbire la radiazione ultravioletta (UV) dura (onde corte) proveniente dal sole. I quanti UV duri hanno energia sufficiente per rompere alcuni legami chimici, quindi sono classificati come radiazioni ionizzanti. Come altre radiazioni di questo tipo, i raggi X e le radiazioni gamma, provoca numerosi disturbi nelle cellule degli organismi viventi. L'ozono si forma sotto l'influenza della radiazione solare ad alta energia, che stimola la reazione tra O 2 e atomi di ossigeno liberi. Se esposto a radiazioni moderate, si disintegra, assorbendo l'energia di queste radiazioni. Pertanto, questo processo ciclico “mangia” pericolose radiazioni ultraviolette.

Le molecole di ozono, come l'ossigeno, sono elettricamente neutre, cioè non trasportano alcuna carica elettrica. Pertanto, il campo magnetico terrestre stesso non influenza la distribuzione dell'ozono nell'atmosfera. Lo strato superiore dell'atmosfera, la ionosfera, coincide praticamente con lo strato di ozono.

Nelle zone polari, dove le linee del campo magnetico terrestre si chiudono sulla sua superficie, le distorsioni della ionosfera sono molto significative. Il numero di ioni, compreso l'ossigeno ionizzato, negli strati superiori dell'atmosfera delle zone polari è ridotto. Ma la ragione principale del basso contenuto di ozono nella regione polare è la bassa intensità della radiazione solare, che cade anche durante il giorno polare con piccoli angoli rispetto all'orizzonte, mentre durante la notte polare è completamente assente. L’area dei “buchi” polari nello strato di ozono è un indicatore affidabile dei cambiamenti nel contenuto totale di ozono nell’atmosfera.

Il contenuto di ozono nell’atmosfera fluttua per molte ragioni naturali. Le fluttuazioni periodiche sono associate ai cicli di attività solare; Molti componenti dei gas vulcanici sono in grado di distruggere l'ozono, quindi un aumento dell'attività vulcanica porta ad una diminuzione della sua concentrazione. A causa delle elevate velocità dei flussi d’aria nella stratosfera, simili a quelle di un uragano, le sostanze che distruggono lo strato di ozono vengono trasportate su vaste aree. Non vengono trasportati solo i distruttori di ozono, ma anche l’ozono stesso, quindi i disturbi nella concentrazione di ozono si diffondono rapidamente su vaste aree e i piccoli “buchi” locali nello scudo di ozono, causati, ad esempio, dal lancio di un razzo, vengono chiusi in tempi relativamente brevi. Solo nelle regioni polari l’aria è inattiva, per cui la scomparsa dell’ozono non è compensata dalla sua importazione da altre latitudini, e i “buchi dell’ozono” polari, soprattutto al Polo Sud, sono molto stabili.

1.1 Fonti di riduzione dell'ozono

Tra i distruttori dello strato di ozono ricordiamo:

1) Freon.

L'ozono viene distrutto dai composti del cloro detti freon, i quali, distrutti anche dalle radiazioni solari, liberano cloro, che “strappa” il “terzo” atomo dalle molecole di ozono. Il cloro non forma composti, ma funge da catalizzatore di “rottura”. Pertanto, un atomo di cloro può “distruggere” una grande quantità di ozono. Si ritiene che i composti del cloro possano rimanere nell'atmosfera da 50 a 1500 anni (a seconda della composizione della sostanza) della Terra. L'osservazione dello strato di ozono del pianeta è stata effettuata dalle spedizioni antartiche a partire dalla metà degli anni '50.

Il buco dell’ozono sopra l’Antartide, che aumenta in primavera e diminuisce in autunno, è stato scoperto nel 1985. La scoperta dei meteorologi ha causato una catena di conseguenze economiche. Il fatto è che l'esistenza del “buco” è stata attribuita all'industria chimica, che produce sostanze contenenti freon che contribuiscono alla distruzione dell'ozono (dai deodoranti alle unità di refrigerazione).

Non c’è consenso sulla questione di quanto gli esseri umani siano responsabili della formazione dei “buchi dell’ozono”.

Da un lato sì, decisamente colpevole. La produzione di composti che portano alla riduzione dell’ozono dovrebbe essere ridotta al minimo, o meglio ancora arrestata del tutto. Abbandonare cioè un intero settore industriale dal fatturato di molti miliardi di dollari. E se non rifiuti, trasferiscilo su binari "sicuri", il che costa anche denaro.

Il punto di vista degli scettici: l'influenza umana sui processi atmosferici, nonostante tutta la sua distruttività a livello locale, è trascurabile su scala planetaria. La campagna anti-freon dei “verdi” ha uno sfondo economico e politico del tutto trasparente: con il suo aiuto, le grandi società americane (DuPont, per esempio) stanno strangolando i loro concorrenti stranieri, imponendo accordi sulla “protezione ambientale” a livello statale e introducendo con la forza una nuova fase tecnologica alla quale gli Stati economicamente più deboli non sono in grado di resistere.

2) Velivoli ad alta quota.

La distruzione dello strato di ozono è facilitata non solo dai freon rilasciati nell'atmosfera e che entrano nella stratosfera. Anche gli ossidi di azoto che si formano durante le esplosioni nucleari contribuiscono alla distruzione dello strato di ozono. Ma gli ossidi di azoto si formano anche nelle camere di combustione dei motori a turbogetto degli aerei ad alta quota. Gli ossidi di azoto si formano dall'azoto e dall'ossigeno che si trovano lì. Più alta è la temperatura, cioè maggiore è la potenza del motore, maggiore è la velocità di formazione degli ossidi di azoto.

Non è solo la potenza del motore di un aereo che conta, ma anche l’altitudine alla quale vola e rilascia ossidi di azoto dannosi per l’ozono. Maggiore è la quantità di protossido di azoto o ossido, più distruttivo è l'ozono.

Si stima che la quantità totale di ossido di azoto emessa nell’atmosfera ogni anno sia pari a 1 miliardo di tonnellate, di cui circa un terzo viene emesso dagli aerei al di sopra del livello medio della tropopausa (11 km). Per quanto riguarda gli aerei, le emissioni più nocive provengono dagli aerei militari, il cui numero ammonta a decine di migliaia. Volano principalmente ad altitudini nello strato di ozono.

3) Concimi minerali.

L'ozono nella stratosfera può anche diminuire a causa del fatto che nella stratosfera entra il protossido di azoto N2O, che si forma durante la denitrificazione dell'azoto legato dai batteri del suolo. La stessa denitrificazione dell'azoto fisso viene effettuata anche dai microrganismi nello strato superiore degli oceani e dei mari. Il processo di denitrificazione è direttamente correlato alla quantità di azoto fisso nel terreno. Pertanto, potete essere sicuri che con l'aumento della quantità di fertilizzanti minerali applicati al terreno, anche la quantità di protossido di azoto N2O formato aumenterà nella stessa misura.Inoltre, gli ossidi di azoto si formano dal protossido di azoto, che porta alla distruzione dell’ozono stratosferico.

4) Esplosioni nucleari.

Le esplosioni nucleari rilasciano molta energia sotto forma di calore. Una temperatura di 6000 0 K viene stabilita entro pochi secondi dopo un'esplosione nucleare. Questa è l'energia della palla di fuoco. In un'atmosfera altamente riscaldata si verificano trasformazioni di sostanze chimiche che non si verificano in condizioni normali o procedono molto lentamente. Per quanto riguarda l'ozono e la sua scomparsa, i più pericolosi sono gli ossidi di azoto formati durante queste trasformazioni. Pertanto, durante il periodo dal 1952 al 1971, a seguito di esplosioni nucleari, si formarono nell'atmosfera circa 3 milioni di tonnellate di ossidi di azoto. Il loro ulteriore destino è il seguente: a causa della miscelazione atmosferica, finiscono a diverse altezze, compresa l'atmosfera. Lì entrano in reazioni chimiche con la partecipazione dell'ozono, portando alla sua distruzione.

5) Combustione del carburante.

La prima cosa da chiarire è che il buco dell’ozono, contrariamente al suo nome, non è un buco nell’atmosfera. La molecola di ozono differisce da una normale molecola di ossigeno in quanto è costituita non da due, ma da tre atomi di ossigeno collegati tra loro. Nell'atmosfera, l'ozono è concentrato nel cosiddetto strato di ozono, ad un'altitudine di circa 30 km nella stratosfera. Questo strato assorbe i raggi ultravioletti emessi dal Sole, altrimenti la radiazione solare potrebbe causare gravi danni alla vita sulla superficie della Terra. Pertanto, qualsiasi minaccia allo strato di ozono merita di essere presa molto sul serio. Nel 1985, gli scienziati britannici che lavoravano al Polo Sud scoprirono che durante la primavera antartica, il livello di ozono nell’atmosfera era significativamente inferiore al normale. Ogni anno, nello stesso periodo, la quantità di ozono diminuiva, a volte in misura maggiore, a volte in misura minore. Buchi dell’ozono simili, ma meno pronunciati, sono comparsi anche al Polo Nord durante la primavera artica.

Negli anni successivi, gli scienziati hanno capito perché appare il buco dell'ozono. Quando il sole tramonta e inizia la lunga notte polare, le temperature precipitano e si formano nubi altamente stratosferiche contenenti cristalli di ghiaccio. La comparsa di questi cristalli provoca una serie di complesse reazioni chimiche che portano all'accumulo di cloro molecolare (una molecola di cloro è costituita da due atomi di cloro uniti). Quando appare il sole e inizia la primavera antartica, sotto l'influenza dei raggi ultravioletti, i legami intramolecolari si rompono e un flusso di atomi di cloro si precipita nell'atmosfera. Questi atomi fungono da catalizzatori per reazioni che convertono l’ozono in ossigeno semplice, procedendo secondo il seguente duplice schema:

Cl + O 3 -> ClO + O 2 e ClO + O -> Cl + O 2

Come risultato di queste reazioni, le molecole di ozono (O 3) vengono convertite in molecole di ossigeno (O 2), mentre gli atomi di cloro originali rimangono allo stato libero e partecipano nuovamente a questo processo (ogni molecola di cloro distrugge un milione di molecole di ozono prima di vengono rimossi dall'atmosfera tramite altre reazioni chimiche). Come risultato di questa catena di trasformazioni, l’ozono comincia a scomparire dall’atmosfera sopra l’Antartide, formando un buco nell’ozono. Tuttavia, presto, con il riscaldamento, i vortici antartici collassano, l’aria fresca (contenente nuovo ozono) si riversa nell’area e il buco scompare.

Nel 1987 si tenne a Montreal la Conferenza internazionale sulla minaccia allo strato di ozono e i paesi industrializzati si accordarono per ridurre ed eventualmente eliminare la produzione idrocarburi clorurati e fluorurati (clorofluorocarburi, CFC) - sostanze chimiche che distruggono lo strato di ozono. Nel 1992, la sostituzione di queste sostanze con altre sicure ebbe un tale successo che fu presa la decisione di distruggerle completamente entro il 1996. Oggi gli scienziati ritengono che in circa cinquant'anni lo strato di ozono sarà completamente ripristinato.

Buchi dell'ozono - “figli” dei vortici stratosferici

Anche se nell’atmosfera moderna c’è poco ozono – non più di un tremilionesimo degli altri gas – il suo ruolo è estremamente ampio: ritarda la forte radiazione ultravioletta (la parte a onde corte dello spettro solare), che distrugge le proteine ​​e i nuclei acidi. Inoltre, l’ozono stratosferico è un importante fattore climatico che determina cambiamenti meteorologici locali e a breve termine.

La velocità delle reazioni di distruzione dell'ozono dipende dai catalizzatori, che possono essere ossidi atmosferici naturali o sostanze rilasciate nell'atmosfera a seguito di disastri naturali (ad esempio, potenti eruzioni vulcaniche). Tuttavia, nella seconda metà del secolo scorso, si scoprì che le sostanze di origine industriale possono fungere anche da catalizzatori per le reazioni di distruzione dell'ozono, e l'umanità cominciò a preoccuparsi seriamente...

L'ozono (O3) è una forma molecolare relativamente rara di ossigeno costituita da tre atomi. Anche se nell’atmosfera moderna c’è poco ozono – non più di un tremilionesimo degli altri gas – il suo ruolo è estremamente ampio: blocca la forte radiazione ultravioletta (la parte a onde corte dello spettro solare), che distrugge le proteine ​​e i nuclei acidi. Pertanto, prima dell'avvento della fotosintesi - e, di conseguenza, dell'ossigeno libero e dello strato di ozono nell'atmosfera - la vita poteva esistere solo nell'acqua.

Inoltre, l’ozono stratosferico è un importante fattore climatico che determina cambiamenti meteorologici locali e a breve termine. Assorbendo la radiazione solare e trasferendo energia ad altri gas, l’ozono riscalda la stratosfera e regola così la natura dei processi termici e circolari planetari in tutta l’atmosfera.

In condizioni naturali, le molecole di ozono instabili si formano e si disintegrano sotto l'influenza di vari fattori della natura vivente e inanimata, e nel corso di una lunga evoluzione questo processo ha raggiunto un certo equilibrio dinamico. La velocità delle reazioni di distruzione dell'ozono dipende dai catalizzatori, che possono essere ossidi atmosferici naturali o sostanze rilasciate nell'atmosfera a seguito di disastri naturali (ad esempio, potenti eruzioni vulcaniche).

Tuttavia, nella seconda metà del secolo scorso, si scoprì che le sostanze di origine industriale possono fungere anche da catalizzatori per le reazioni di distruzione dell'ozono, e l'umanità ne fu seriamente preoccupata. L’opinione pubblica è stata particolarmente emozionata dalla scoperta del cosiddetto “buco” dell’ozono sopra l’Antartide.

"Buco" sopra l'Antartide

Una notevole perdita dello strato di ozono sopra l'Antartide - il buco dell'ozono - fu scoperta per la prima volta nel 1957, durante l'Anno geofisico internazionale. La sua vera storia inizia 28 anni dopo con un articolo sul numero di maggio della rivista Natura, dove è stato suggerito che la causa del minimo anomalo primaverile TO sull'Antartide è l'inquinamento atmosferico industriale (compresi i freon) (Farman et al., 1985).

Si è scoperto che il buco dell'ozono sopra l'Antartide appare solitamente una volta ogni due anni, dura circa tre mesi e poi scompare. Non si tratta di un foro passante, come potrebbe sembrare, ma di una depressione, per cui è più corretto parlare di “cedimento dello strato di ozono”. Sfortunatamente, tutti gli studi successivi sul buco dell’ozono furono principalmente mirati a dimostrarne l’origine antropica (Roan, 1989).

Oggi esistono diverse ipotesi riguardo ai meccanismi chimici e dinamici della formazione del buco dell’ozono. Tuttavia, molti fatti noti non rientrano nella teoria chimica antropogenica. Ad esempio, un aumento dei livelli di ozono stratosferico in alcune regioni geografiche.

Ecco la domanda più “ingenua”: perché si forma un buco nell'emisfero meridionale, sebbene nel nord si producano freon, nonostante non si sappia se in questo momento ci sia comunicazione aerea tra gli emisferi?

Nessuna delle teorie esistenti si basa su misurazioni dettagliate su larga scala del TOC e studi sui processi che si verificano nella stratosfera. È stato possibile rispondere alla domanda sul grado di isolamento della stratosfera polare sopra l'Antartide, nonché a una serie di altre domande relative al problema della formazione dei buchi dell'ozono, solo con l'aiuto di un nuovo metodo di monitoraggio del flusso d'aria movimenti proposti da V. B. Kashkin (Kashkin, Sukhinin, 2001; Kashkin et al., 2002).

I flussi d'aria nella troposfera (fino ad un'altezza di 10 km) sono stati monitorati per molto tempo osservando i movimenti traslatori e rotatori delle nuvole. L'ozono, infatti, è anche un'enorme “nube” che ricopre l'intera superficie terrestre, e dai cambiamenti della sua densità possiamo giudicare il movimento delle masse d'aria al di sopra dei 10 km, così come conosciamo la direzione del vento guardando l'aria. un cielo nuvoloso in una giornata nuvolosa. A tal fine, la densità dell'ozono dovrebbe essere misurata nei punti della griglia spaziale ad un determinato intervallo di tempo, ad esempio ogni 24 ore. Monitorando come è cambiato il campo di ozono, puoi stimare l'angolo della sua rotazione giornaliera, la direzione e la velocità del movimento.

Utilizzando un nuovo metodo, la dinamica dello strato di ozono è stata studiata nel 2000, quando è stato osservato un buco dell'ozono di dimensioni record sull'Antartide (Kashkin et al., 2002). Per fare ciò, hanno utilizzato i dati satellitari sulla densità dell’ozono in tutto l’emisfero meridionale, dall’equatore al polo. Di conseguenza, si è scoperto che il contenuto di ozono è minimo al centro dell'imbuto del cosiddetto vortice circumpolare, formatosi sopra il polo, di cui parleremo in dettaglio più avanti. Sulla base di questi dati è stata avanzata un'ipotesi sul meccanismo naturale per la formazione dei “buchi” dell'ozono.

Dinamica globale della stratosfera: un'ipotesi

I vortici circumpolari si formano quando le masse d'aria stratosferiche si muovono nelle direzioni meridionale e latitudinale. Come avviene questo? All'equatore caldo la stratosfera è più alta, mentre al polo freddo è più bassa. Le correnti d'aria (insieme all'ozono) scendono dalla stratosfera come se scendessero da una collina e si muovono sempre più velocemente dall'equatore al polo. Il movimento da ovest a est avviene sotto l'influenza della forza di Coriolis associata alla rotazione della Terra. Di conseguenza, i flussi d'aria sembrano essere avvolti, come fili su un fuso, negli emisferi meridionale e settentrionale.

Il “fuso” delle masse d’aria ruota durante tutto l’anno in entrambi gli emisferi, ma è più pronunciato alla fine dell’inverno e all’inizio della primavera, perché l’altezza della stratosfera all’equatore rimane pressoché invariata durante tutto l’anno, mentre ai poli è maggiore in estate e minore in inverno, quando fa particolarmente freddo.

Lo strato di ozono alle medie latitudini è creato da un potente afflusso dall’equatore, nonché da reazioni fotochimiche che avvengono in situ. Ma l'ozono nella regione polare deve la sua origine principalmente all'equatore e alle medie latitudini, e lì il suo contenuto è piuttosto basso. Le reazioni fotochimiche al polo, dove i raggi del sole cadono con un angolo basso, procedono lentamente e lungo il percorso una parte significativa dell'ozono proveniente dall'equatore riesce a essere distrutta.

Ma le masse d'aria non si muovono sempre in questo modo. Negli inverni più freddi, quando la stratosfera sopra il polo scende molto in basso sopra la superficie terrestre e la “scivolata” diventa particolarmente ripida, la situazione cambia. Le correnti stratosferiche scendono così velocemente che l'effetto è familiare a chiunque abbia visto l'acqua scorrere attraverso un foro in una vasca da bagno. Raggiunta una certa velocità, l'acqua inizia a ruotare rapidamente e attorno al foro si forma un caratteristico imbuto, creato dalla forza centrifuga.

Qualcosa di simile accade nella dinamica globale dei flussi stratosferici. Quando i flussi d'aria stratosferici acquisiscono una velocità sufficientemente elevata, la forza centrifuga inizia a spingerli lontano dai poli verso le medie latitudini. Di conseguenza, le masse d’aria si muovono dall’equatore e dal polo l’una verso l’altra, il che porta alla formazione di un “albero” di vortice in rapida rotazione nella regione delle medie latitudini.

Cessa lo scambio d'aria tra le regioni equatoriali e quelle polari; l'ozono non fluisce dall'equatore e dalle medie latitudini al polo. Inoltre l'ozono rimasto al polo, come in una centrifuga, viene spinto verso le medie latitudini dalla forza centrifuga, poiché è più pesante dell'aria. Di conseguenza, la concentrazione di ozono all'interno dell'imbuto diminuisce drasticamente: sopra il polo si forma un "buco" di ozono e alle medie latitudini - una regione ad alto contenuto di ozono corrispondente al "pozzo" del vortice circumpolare.

In primavera, la stratosfera antartica si riscalda e sale più in alto: l'imbuto scompare. Viene ripristinata la comunicazione aerea tra le medie e le alte latitudini e le reazioni fotochimiche della formazione di ozono vengono accelerate. Il buco dell’ozono sta scomparendo prima di un altro inverno particolarmente freddo al Polo Sud.

Cosa c'è nell'Artico?

Sebbene la dinamica dei flussi stratosferici e, di conseguenza, dello strato di ozono negli emisferi settentrionale e meridionale siano generalmente simili, il buco dell’ozono appare solo di tanto in tanto sopra il Polo Sud. Non ci sono buchi dell’ozono sopra il Polo Nord perché gli inverni sono più miti e la stratosfera non scende mai abbastanza da permettere alle correnti d’aria di raggiungere la velocità necessaria per formare un buco.

C'è un'altra differenza importante. Nell'emisfero meridionale, il vortice circumpolare ruota quasi due volte più velocemente che nell'emisfero settentrionale. E questo non sorprende: l'Antartide è circondata dai mari e attorno ad essa scorre una corrente marina circumpolare: essenzialmente, gigantesche masse di acqua e aria ruotano insieme. Nell'emisfero settentrionale il quadro è diverso: alle medie latitudini ci sono continenti con catene montuose e l'attrito della massa d'aria sulla superficie terrestre non consente al vortice circumpolare di acquisire una velocità sufficientemente elevata.

Tuttavia, alle medie latitudini dell’emisfero settentrionale, a volte compaiono piccoli “buchi” di ozono di diversa origine. Da dove vengono? Il movimento dell'aria nella stratosfera delle medie latitudini dell'emisfero settentrionale montuoso ricorda il movimento dell'acqua in un ruscello poco profondo con un fondo roccioso, quando sulla superficie dell'acqua si formano numerosi vortici. Alle medie latitudini dell’emisfero settentrionale, il ruolo della topografia della superficie inferiore è svolto dalle differenze di temperatura ai confini dei continenti e degli oceani, delle catene montuose e delle pianure.

Un brusco cambiamento di temperatura sulla superficie terrestre porta alla formazione di flussi verticali nella troposfera. I venti stratosferici, incontrando questi flussi, creano vortici che possono ruotare in entrambe le direzioni con uguale probabilità. Al loro interno compaiono zone a basso contenuto di ozono, cioè buchi dell'ozono di dimensioni molto più piccole rispetto al Polo Sud. E va notato che tali vortici con diverse direzioni di rotazione sono stati scoperti al primo tentativo.

Pertanto, la dinamica dei flussi d'aria stratosferici, che abbiamo monitorato osservando la nube di ozono, ci consente di fornire una spiegazione plausibile per il meccanismo di formazione del buco dell'ozono sopra l'Antartide. A quanto pare, simili cambiamenti nello strato di ozono, causati da fenomeni aerodinamici nella stratosfera, sono avvenuti molto prima dell'avvento dell'uomo.

Tutto quanto sopra non significa che i freon e altri gas di origine industriale non abbiano un effetto distruttivo sullo strato di ozono. Tuttavia, gli scienziati devono ancora scoprire quale sia la relazione tra i fattori naturali e quelli antropici che influenzano la formazione dei buchi dell’ozono; è inaccettabile trarre conclusioni affrettate su questioni così importanti.