Buco dell’ozono: reazioni, CFC

Il buco dell’ozono è un fenomeno che consiste nella riduzione dello strato di ozono presente nella stratosfera, il quale svolge una funzione vitale proteggendo il pianeta Terra dalle radiazioni ultraviolette (UV) più dannose.

L’ozono è una forma allotropica dell’ossigeno con formula chimica O₃ e si concentra prevalentemente nella stratosfera, in una regione denominata ozonosfera (tra i 15 e i 35 km di altitudine). Qui si forma in seguito alla dissociazione delle molecole di ossigeno (O₂) indotta da radiazioni ultraviolette, fulmini o scariche elettriche. Il processo avviene in due fasi: prima la molecola di ossigeno si scinde in due atomi radicalici altamente reattivi scissione omolitica, poi uno di questi si lega a una molecola di ossigeno, formando ozono:

O₂ → O∙ + O∙

Il radicale formato è una specie molto reattiva che si combina con una molecola di ossigeno per dare l’ozono:
O₂ + O∙ → O₃

Reazione dell’ozono

L’ozono così formato non è stabile in senso assoluto, ma è coinvolto in un ciclo dinamico di formazione e distruzione. Quando viene colpito da una radiazione UV, può decomporsi nuovamente in ossigeno molecolare e ossigeno atomico  O₃→ O₂ + O∙

L’atomo di ossigeno liberato può a sua volta reagire con un’altra molecola di ozono:
O₃ + O∙ → 2 O₂

In condizioni normali queste reazioni fotochimiche sono in equilibrio tra loro garantendo un livello relativamente costante di ozono. Grazie a questo equilibrio, l’ozonosfera è in grado di assorbire la maggior parte delle radiazioni UV-B e UV-C, che sono le più energetiche e pericolose. In assenza di questa protezione, le conseguenze sarebbero gravi: aumento dell’incidenza di melanoma e altre patologie cutanee, danni agli occhi come la cataratta, indebolimento del sistema immunitario.

Anche la biosfera subirebbe conseguenze importanti, con l’inibizione della fotosintesi clorofilliana nelle piante e la distruzione del fitoplancton, alla base della catena alimentare marina.

A partire dalla metà degli anni Settanta del XX secolo, gli scienziati hanno osservato un fenomeno preoccupante: un drastico assottigliamento dello strato di ozono sopra l’Antartide, che raggiungeva in primavera una riduzione fino al 70% rispetto ai valori normali. Questo fenomeno, chiamato comunemente “buco dell’ozono”, fu rilevato anche – sebbene in misura minore – nell’Artico. Studi successivi hanno dimostrato che le principali cause non erano naturali, ma legate alle emissioni antropiche di sostanze chimiche come i clorofluorocarburi (CFC) e gli halon, utilizzati per decenni come propellenti negli spray, nei refrigeranti e nei sistemi antincendio.

CFC e buco dell’ozono

Per giustificare tale fenomeno denominato buco dell’ozono furono fatti numerosi studi ed elaborate varie teorie ed infine si giunse alla conclusione che le sostanze responsabili di quello che viene comunemente chiamato buco dell’ozono sono i CFC ovvero i fluoroclorocarburi sostanze impiegate nell’industria frigorifera, come propellenti per aerosol e come agenti porofori nell’industria delle materie plastiche espanse.

I CFC furono scoperti nel 1890 dal chimico belga Frédéric Swarts che aperto la strada alla loro sintesi. Sono molecole particolarmente stabili e pertanto, contrariamente ad altre molecole che si decompongono prima, penetrano nella stratosfera dove incontrano fotoni ad alta energia liberando i singoli componenti.

Il cloro liberato agisce da catalizzatore in due reazioni di ossidoriduzione:

• Cl + O₃ → ClO + O₂
• ClO + O∙ → Cl + O₂

Pertanto la reazione complessiva è:
O₃ + O∙ → 2 O₂

Gli atomi di cloro portano alla formazione di ossigeno da ozono con conseguente assottigliamento del suo strato.

Solo nel 1987 fu stipulato il trattato di Montreal al fine di ridurre la produzione di quelle sostanze che costituiscono una minaccia per lo strato di ozono contribuendo al buco dell’ozono e l’Unione Europea lo ha reso operativo nel 1994.  Si prevede tuttavia che solo nella metà del XXI lo strato di ozono possa ritornare ai livelli di prima sempre che non intervengano altre cause.

Aggiornamenti ed evoluzione del buco dell’ozono

Negli ultimi decenni la situazione del buco dell’ozono ha mostrato segnali incoraggianti. Dopo l’allarme lanciato a metà degli anni ’80, la comunità internazionale ha reagito con il Protocollo di Montreal del 1987, che ha imposto la graduale eliminazione delle sostanze responsabili della distruzione dell’ozono, come i clorofluorocarburi (CFC) e gli halon. Oggi sappiamo con certezza che questo accordo ha avuto un impatto decisivo: studi recenti hanno confermato, con un alto grado di confidenza scientifica, che il recupero dello strato di ozono è effettivamente attribuibile alla riduzione delle emissioni di questi composti chimici.

Le osservazioni satellitari degli ultimi anni mostrano che il buco dell’ozono sopra l’Antartide si sta lentamente restringendo. Nel 2024, ad esempio, la sua estensione massima è stata una delle più ridotte degli ultimi trent’anni, segno di un’inversione di tendenza positiva. Secondo le stime di NASA, NOAA e ONU, lo strato di ozono potrebbe tornare ai livelli pre-1980 entro la metà del secolo: intorno al 2040–2045 a livello globale e entro il 2066 per l’Antartide, dove il problema è più marcato.

Va però sottolineato che l’ampiezza del buco dell’ozono non dipende solo dalle sostanze chimiche emesse dall’uomo, ma anche dalle condizioni meteorologiche e climatiche. La forza del vortice polare, le temperature stratosferiche e persino grandi eruzioni vulcaniche possono influenzarne la dimensione anno per anno. È per questo che in alcune stagioni il buco appare più grande o più persistente, nonostante la tendenza generale sia quella di un progressivo recupero.

Accanto a questi progressi, emergono però anche nuove sfide. L’aumento dei lanci spaziali e il rientro nell’atmosfera di satelliti dismessi potrebbero rilasciare sostanze in grado di alterare l’equilibrio della stratosfera e rallentare la ricostruzione dello strato di ozono. Alcuni studi recenti hanno stimato che, se questa tendenza dovesse proseguire senza adeguati controlli, potrebbe verificarsi una riduzione significativa della concentrazione di ozono, soprattutto durante la primavera antartica.

Il buco dell’ozono rappresenta una delle rare storie di successo della cooperazione internazionale in campo ambientale: un problema globale che, grazie a decisioni politiche e scientifiche condivise, sta lentamente trovando soluzione. Tuttavia, il percorso non è concluso e richiede un attento monitoraggio per evitare che nuove pressioni antropiche compromettano i risultati ottenuti.

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