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Alta AtmosferaApprofondimento |
La chimica del cloroLa produzione industriale di clorofluorocarburi (CFC) e il loro utilizzo hanno introdotto una nuova fonte di cloro nell'atmosfera. Poiché la chimica del cloro è la principale responsabile della distruzione dell'ozono, i CFC hanno avuto conseguenze fatali per lo strato dell'ozono. Eppure, poiché le condizioni richieste per la formazione del buco dell'ozono sono molto inusuali, nessuno aveva previsto quanto questi composti potessero essere dannosi. |
Chimica del cloro stratosferico - concetti baseGeneralmente, così come per molti altri radicali (indicati con X nell'esempio qui sotto), nella stratosfera i radicali cloro (Cl) sono ossidati dall'ozono per formare XO (ClO) X + O3 -> XO + O2 Queste reazioni a catena determinano la deplezione dell'ozono. |
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Il radicale iniziale X (qui Cl) non è necessariamente riciclato e Cl o ClO possono essere anche rimossi da altre reazioni. Gli ossidi di azoto possono reagire con ClO per formare i cosiddetti "serbatoi" HCl e ClONO2 (mostrati nella figura dentro un riquadro blu scuro). Per assorbire l'energia in eccesso è necessario come partner della reazione un composto inerte (M).
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ClO + NO2 + M -> ClONO2 + M ClO + NO -> Cl + NO2 HCl and ClONO2 sono chiamati serbatoi perché il cloro che contengono non è reattivo, pertanto non reagiscono con l'ozono. Normalmente si trovano in fase gassosa e sono rimossi dalla stratosfera molto lentamente. Dalla chimica della stratosfera in fase gassosa ci si attenderebbe quindi solo una leggera deplezione dell'ozono. Tuttavia, durante l’ inverno, le specie serbatoio sono trasportate nella bassa stratosfera come conseguenza di una particolare circolazione atmosferica. |
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Le condizioni peculiari durante il buco dell'ozono sopra l’AntartideDurante la notte polare, le temperature dell'aria scendono fino a -80 °C. In queste condizioni, le piccole quantità di acqua e acido nitrico presenti nella stratosfera congelano (per dare acido nitrico triidrato) e formano le nuvole di ghiaccio stratosferiche polari. A questo punto si possono verificare contemporaneamente cinque condizioni chiave: |
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Primo: l'ossido di azoto NO e il biossido di azoto NO2, (che aiutano a trasformare ClO in HCl, come mostrato sopra), sono rimossi dalla fase gassosa stratosferica attraverso le reazioni: NO + O3 -> NO2 + O2 Il prodotto finale è acido nitrico (HNO3), che è incorporato nelle nuvole stratosferiche polari (PSC). |
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Secondo: HCl e ClONO2 reagiscono tra loro sulla superficie delle nuvole stratosferiche polari per produrre Cl2 e HNO3. Quest'ultimo è immediatamente incorporato nelle particelle di ghiaccio delle nuvole. Terzo: quando il sole sorge alla fine dell'inverno polare, Cl2 è colpito dalla radiazione solare generando due radicali cloro (Cl). |
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Quarto: Se non sono presenti ossidi di azoto, i radicali cloro iniziano una catena di reazioni catalitiche che portano alla distruzione dell'ozono. Cl + O3 -> ClO + O2 |
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Quinto: normalmente le specie del cloro, come Cl, ClO e Cl2O2, si formano e si concentrano nell'alta stratosfera mentre l'ozono si trova soprattutto nella bassa stratosfera. Gli esperti pensavano che l'ozono e i composti chimici che distruggono l'ozono si sarebbero perciò trovati a contatto solo nelle zone di confine. Quindi, nonostante le concentrazioni in stratosfera dei composti contenenti cloro stessero aumentando, non ci si aspettava che i livelli di ozono calassero significativamente . Questo perché nessuno aveva considerato l’importanza del vortice polare. Questo vortice meteorologico stabile (vento circumpolare), che ha al suo centro i poli, trasporta aria ricca di cloro dall'alta stratosfera alla bassa stratosfera ricca di ozono, causando così la distruzione dell'ozono.
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Il buco dell'ozono si forma solo se si verificano contemporaneamente le cinque condizioni sopra descritte. Per questo motivo la deplezione dell'ozono più intensa si ha solo sopra i poli (principalmente in Antartide) e solo in primavera al sorgere del sole dopo l'inverno polare. Nei mesi successivi, quando le temperature dell'aria aumentano, le nuvole polari si sciolgono, gli ossidi di azoto diventano di nuovo disponibili, il vortice si interrompe impedendo il trasporto di specie di cloro reattivo nella bassa stratosfera e si ricrea lo strato di ozono.
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M: In ogni tipo di reazione A + B > C è necessario un terzo partner (M), che assorba l'energia in eccesso. Altrimenti il prodotto C avrebbe la stessa energia della somma dei reagenti A + B e la reazione tornerebbe indietro. In molti casi M è l’ azoto atmosferico (N2) .
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A proposito di questa pagina:autore: Dr. Elmar Uherek - Max Planck Institute for Chemistry, Mainz, Germany
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