Bassa Atmosfera

Approfondimento

Comprendere il ruolo dell'ozono troposferico

In questa sezione analizziamo come si forma l'ozono e come viene rimosso dall'aria.

Come gli ossidi di azoto e i composti organici controllano i livelli di ozono

Nell'unità 3 delle sezioni sui concetti base del tema Bassa Atmosfera abbiamo visto le diverse caratteristiche dell'ozono e come si forma l'inquinamento da ozono. Leggi nuovamente il capitolo sull'inquinamento da ozono e lo schema qui sotto.
 

1. Come si forma l'inquinamento da ozono. - Immagine: Anja Kaiser.  Cliccare per allargare!

Nei caldi giorni soleggiati, quando i composti organici volatili (VOC) e gli ossidi di azoto emessi dal traffico reagiscono tra loro, dentro e intorno alle aree urbane si hanno alte concentrazioni di ozono. 

La presenza di ossidi di azoto e luce solare (hv) da soli non portano necessariamente alla formazione di ozono. Questo semplicemente perché l'ozono che si forma reagisce di nuovo con l'ossido di azoto (NO) ed è quindi eliminato dall’atmosfera. Perciò questo ciclo di reazione (cosiddetto ciclo nullo) non causa nessuna produzione o deplezione netta di ozono. 

Tuttavia l'aria contiene anche composti organici volatili (gassosi) (VOC). Nelle reazioni chimiche questi sono spesso abbreviati con la sigla RH. Reagiscono con i radicali OH per formare radicali perossidici RO₂  i quali ossidano NO. Questo impedisce a NO di reagire con l'ozono e i livelli di ozono aumentano.  

hv sta per luce solare, in quanto l'energia della luce è data dall'espressione di meccanica quantistica E = hv

Nel diagramma delle cosiddette isoplette si vedono delle linee nere che rappresentano concentrazioni di ozono uguali. La produzione di più o meno ozono dipende fortemente dalla miscela di ossidi di azoto (NOx) e VOC (RH) nell'aria. Se i livelli di NOx sono alti ma i livelli di VOC sono bassi, l'ozono non si formerà (punto blu A) e, in centro città, potrebbe persino essere consumato . Se i livelli di VOC sono alti ma i livelli di NOx sono bassi, le concentrazioni di ozono sono anch'esse basse (punto B). Solo quando i livelli di NOx e VOC sono entrambi alti, l’ozono aumenta (punto C).

Poiché i livelli di ozono rispondono velocemente alle condizioni locali, le concentrazioni di ozono variano in base all’ora del giorno, a quanto sole c'è ed alle concentrazioni di NOx e VOC. Questo rende difficile calcolare una concentrazione di ozono media globale.

Altre sorgenti

Il traffico urbano non è la sola fonte di ossidi di azoto ed non è, perciò, la sola fonte di ozono. Gli ossidi di azoto sono emessi durante altri processi di combustione come gli incendi della vegetazione. L'immagine sulla destra mostra il fumo (in bianco), e le concentrazioni di ozono crescenti (dal verde al giallo al rosso) nel pennacchio di fumo di un grosso incendio avvenuto in Indonesia nel 1997.

I lampi sono un'altra fonte di ossidi di azoto. Alcune episodi in cui si sono registrate alte concentrazioni di ozono verificatisi in Australia, sono in effetti il risultato della formazione di ossidi di azoto che durante le forti tempeste di fulmini e lampi avvenute sopra il Sud Africa.

Misurare l'ozono

In Indonesia ci sono solo poche stazioni che misurano l'ozono a livello del suolo e non ce n'è alcuna sopra l'oceano. Quindi come abbiamo ottenuto le informazioni sulle concentrazioni di ozono durante gli incendi? L'ozono può essere misurato dallo spazio con strumenti installati sui satelliti. Quando utilizziamo i dati dei satelliti dobbiamo considerare che gli strumenti misurano la concentrazione su tutta la colonna dell'atmosfera e non solo negli strati superficiali. Guarda l'andamento di ozono misurato presso l'osservatorio tedesco di Hohenpeissenberg. Significa che l'ozono in Germania sta diminuendo? Prima abbiamo visto che i livelli di ozono troposferico sono aumentati quasi ovunque. 

Sebbene i dati lo possano far pensare, i livelli di ozono troposferico non stanno scendendo. 

Gli andamenti dell'ozono dipendono dalla località e c'è grande variabilità nelle concentrazioni misurate alle diverse altitudini. Non possiamo stimare l'andamento dell'ozono né dalla misura globale effettuata dai satelliti né dalle misure locali di una singola stazione al suolo. L'immagine sulla destra riporta i dati sull'ozono a due diversi livelli e mostra che la distribuzione di ozono ha un andamento diverso a seconda dell'altitudine. I dati mostrano che i livelli di ozono stanno diminuendo a livello della stratosfera (dai un'occhiata al tema "Alta Atmosfera" per ottenere più informazioni su questo argomento) e sta aumentando nella troposfera.

I satelliti vedono contemporaneamente la troposfera e la stratosfera. I dati ottenuti, perciò, devono essere interpretati attentamente per rappresentare correttamente gli andamenti di ozono nei diversi livelli dell'atmosfera. 

Pagine collegate:

La formazione di inquinamento da ozono è spiegata in dettaglio in:
Bassa Atmosfera - Principi - Unità 3 - Inquinamento da ozono

A proposito di questa pagina:

Versione italiana: Laura Dini (traduttore) e Michela Maione (revisione linguistica)
autore: Dr. Elmar Uherek - Max Planck Institute for Chemistry, Mainz
revisione scientifica: Dr. Rolf Sander - Max Planck Institute for Chemistry, Mainz 2004-05-18
ultima pubblicazione: 2008-07-22