Buco dell'ozono e CFC

UNITA DOBSON

Lo spessore dello strato di ozono è dato dalla quantità di ozono contenuta in una colonna sovrastante una determinata area della Terra. L'unità di misura è Dobson (DU) che corrisponde allo spessore, espresso in cm di mm che si otterrebbe concentrando tutto l'ozono in un piccolo strato all'altezza del suolo, a condizioni standard di temperatura e di pressione (0°C e 1atm). 1DU corrisponde ad uno strato di ozono puro di spessore 0.01mm con la densità che questo gas possiede alla P al livello del suolo (1atm) e alla T di 273.15 K. Lo spessore medio dello strato di ozono è 300 DU.

Per effetto delle correnti stratosferiche, l'ozono viene trasportato dalle regioni tropicali dove viene maggiormente prodotto a quelle polari. Quindi vicino all'equatore lo strato di ozono che ci protegge dalle radiazioni ultraviolette è minore. La concentrazione di ozono ai tropici è mediamente 250 DU mentre quella nelle regioni subpolari è...

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circa 450 DU. La quantita di ozono che ci sovrasta alle latitudini temperate è pari a 350DU. La concentrazione di ozono è massima in primavera e minima in autunno.

Nella mesosfera non si forma ozono in quanto c'è una bassa concentrazione di ossigeno molecolare il quale fotodissocia grazie alla presenza della radiazione UV-C. Gli atomi di ossigeno monoatomici che si vengono a formare collidono tra loro per riformare nuovamente ossigeno molecolare.

Nella stratosfera l'intensità della radiazione UV-C è inferiore in quanto gran parte di essa è filtrata dall'O2 della mesosfera dove è intervenuta per fotodissociare l'ossigeno molecolare. Gran parte dell'ossigeno stratosferico è quindi sotto forma di O2 piuttosto che di ossigeno atomico, quindi è più probabile che l'O atomico formato da quella piccola parte di radiazione UV-C arrivata nella stratosfera collida con l'ossigeno biatomico O+O2 → O3 +

calore Si viene quindi a formare ozono e c'è una liberazione di una grande quantità di calore. Questa grande quantità di calore viene generalmente assorbita da un terzo corpo che partecipa all'areazione (N2,H2O) O+O2+M → O3 + M + calore Tale liberazione di calore è la causa dell'aumento di temperatura che si verifica nella stratosfera. Nella parte inferiore della stratosfera → La concentrazione di O2 è maggiore rispetto alla parte superiore. Le radiazioni UV sono filtrate prima quindi è poca la quantità di ossigeno dissociata ed è poca la quantità di O3 formata. La densità dell'O3 raggiunge il massimo dove è più alto il prodotto tra l'intensità della radiazione UV-C e la concentrazione di O2. Gran parte dell'ozono è localizzato tra 15 e 35 km di altezza, cioè nella parte inferiore e intermedia della stratosfera, regione nota come strato di ozono. Il massimo della densità dell'ozono sitrova(viene trasportato verso il basso dopo essere stato prodotto) a circa 25km di altezza al di sopra delle aree tropicali, a 21km di altezza alle latitudini intermedie, a 18km a livello delle regioni subartiche.
Una volta formatosi l'ozono può disgregarsi, in quanto l'O₃ può essere fotodissociato
O₃ + hν → O₂* + O*
Questa reazione generale, formazione e distruzione dell'ozono è il Ciclo di Chapman
L'ozono della stratosfera viene continuamente formato, decomposto e riformato durante le ore diurne (vita media a 30km circa 30 min, nella parte inferiore della stratosfera mesi).
Sistema di autoriparazione → se l'O₃ diminuisce a quote superiori, penetrano più radiazione UV a quote inferiori, col risultato di produrre più ozono.
Ciclo di Chapman

1. O₂ + hν → O + O (λ<240nm UV-C)
2. O + O₂ + M → O₃ + M
3. O₃ + hν → O₂ + O* (λ<320nm UV-B)
4. O₃ + O* → O₂ + O₂

Il ciclo è instratosfera). Meccanismo II → meccanismo che si verifica nella parte inferiore della stratosfera X + O3 → XO + O2 XO + O → X + O2 XO + O3 → X + 2O2 Dove X è un radicale. Questo meccanismo è favorito da temperature più basse e da una maggiore presenza di ossigeno molecolare. La diminuzione della concentrazione di ozono in stratosfera è un problema di grande importanza, poiché l'ozono svolge un ruolo fondamentale nella protezione della vita sulla Terra. L'ozono assorbe gran parte delle radiazioni ultraviolette provenienti dal Sole, che sono dannose per gli organismi viventi. La diminuzione dell'ozono può quindi portare a un aumento dei casi di cancro alla pelle, danni agli occhi e al sistema immunitario, nonché a cambiamenti climatici. È quindi fondamentale adottare misure per ridurre l'emissione di sostanze dannose per l'ozono, come i clorofluorocarburi (CFC), e per proteggere e ripristinare lo strato di ozono.

stratosfera).Meccanismo II → meccanismo che si verifica nella perte bassa della stratosfera

X + O3 → XO + O2 X=Cl

X' + O3 → X'O + O2 X'= Cl o Br

XO + X'O → [XOOX'] intermedio instabile → X + X' + O2

formula generale: 2O3 → 3O2

RADICALI COINVOLTI NEL MECCANISMO II

l radicale responsabile della maggior parte della distruzione dell'ozono in un'atmosfera noninquinata è la molecola dell'ossido di azoto NO•

E prodotto quando l'ossido nitroso N2O (non NO che nel frattempo è ossidato a HNO3) che saledalla troposfera (emivita di 120 anni in troposfera) alla stratosfera reagisce con atomi di ossigenoeccitati prodotti dalla decomposizione fotochimica dell'O3 (in gran parte di generano O2 e N2)

O*+N2O → 2NO•

NO• + O3 → NO2• + O2

NO2• + O → NO• + O2

O3 + O → 2O2

Altri radicali coinvolti sono il radicale ossidrile OH• che distrugge l'ozono a quote superiori.

Eprodotto dalla reazione di atomi di ossigeno eccitati con molecole di acqua e metano:

O*+CH4 → OH• + CH3•

O* + H2O → 2OH•

HO• + O3 → HOO• + O2

O + HOO• → HO• + O2

O3 + O → 2O2

RADICALI Cl• e Br•

Molto importante è il contributo del radicale Cl• e del radicale Br• (meno importante perchè meno presente ma ha un'efficienza di distruzione molto maggiore di quella del Cl•).

Le fonti naturali del cloro e del bromo sono il clorometile CH3Cl e il bromometile CH3Br (libera noi radicali o per decomposizione degli UV-C o per attacco del radicale OH•).

Questi radicali possono essere coinvolti in un meccanismo di primo tipo o di secondo.

Meccanismo I con cloro:

Cl• + O3 → ClO• + O2

O + ClO• → Cl• + O2

O3 + O → 2O2

Meccanismo II si verifica quando il radicale cloro è ad alte concentrazioni:

ClO• + BrO• o ClO• → ClOOBr (ClOOCl) → Cl• +

Br• + O2

La maggior parte del cloro nella stratosfera non è sotto forma di Cl• e OCl• ma in forma nonradicaliche cataliticamente inattive: HCl e ClONO2 (cloronitrato) → 1 Cl distrugge circa 10.000molecole di O3

Br è presente per lo più nelle forma attive BrO• e Br• perché HBr e BrONO2 sono facilmente fotodissociati.