Naturalmente presente nella nostra atmosfera, l’ozono è stato identificato dal chimico svizzero-tedesco CF Schönbein nel 1840 durante esperimenti di laboratorio. La composizione chimica di questa molecola composta da tre atomi di ossigeno (O3) fu scoperto solo pochi anni dopo, nel 1865. La parola ozono deriva dal latino “ozein” che significa “odorare” perché questo gas ha un odore caratteristico che ne consente la rilevazione. Questo è l’odore che una stampante produce, ad esempio, durante una tiratura, perché l’alta tensione richiesta per stampare può produrre una scarica elettrostatica abbastanza grande da decomporre l’ossigeno e generare questo odore.
A seconda che l’ozono si trovi nella stratosfera (tra 15 e 35 chilometri sopra di noi) o nella troposfera (a un’altitudine inferiore a 10 km), può svolgere un ruolo radicalmente diverso per la vita sulla Terra. Questo è forse il suo più grande paradosso.
Nella stratosfera, condiziona la vita sul pianeta. Dopo l’ossigeno e l’azoto, è il costituente reattivo più abbondante. È qui che si trova il 90% dell’ozono atmosferico, che funziona quindi come uno scudo protettivo assorbendo la maggior parte dei raggi ultravioletti nocivi. L’ozono impedisce quindi a questi raggi che distruggono il DNA di raggiungere la superficie terrestre.
Ma negli anni ’80, gli scienziati hanno preso coscienza di una realtà preoccupante: le attività umane avevano perturbato lo strato di ozono, al punto che ogni primavera si formava un buco, minacciando direttamente la vita sulla Terra. Questa situazione senza precedenti ha poi generato una reazione senza precedenti, che ha portato allo sviluppo del primo protocollo ambientale internazionale: il Protocollo di Montreal nel 1987. Questo accordo, ratificato da 197 Stati, ha infatti consentito la progressiva riduzione delle sostanze che minacciano lo strato di ozono, principalmente clorofluorocarburi e halon, utilizzati in particolare per la refrigerazione e l’aria condizionata.
Il restante 10% di ozono è distribuito nell’atmosfera più vicina alla superficie (tra 0 e circa 10 km) dove si verificano le attività umane. Questo è l’ozono troposferico, che a questa altitudine diventa un inquinante atmosferico con effetti nocivi sulla vegetazione e sulla salute umana, quando i 14.000 litri di aria al giorno che respiriamo in media sono particolarmente carichi di ozono. Questo ozono troposferico è anche un significativo gas serra derivante dalle attività umane.
A seconda della sua posizione nell’atmosfera, l’ozono può essere buono o cattivo. AirParif
L’impatto dell’ozono sulla salute e sulla vegetazione
Il modo in cui si forma, tuttavia, rimane difficile da comprendere perché la chimica che porta alla formazione dell’ozono è complessa. Diverse centinaia di reazioni nell’atmosfera possono infatti generare ozono sotto l’effetto di una significativa luce solare e di temperature favorevoli. Ciò è dovuto al fatto che i precursori dell’ozono, ovvero composti che possono, reagendo tra loro, generare ozono, sono molto numerosi. Tuttavia, possiamo identificarne alcuni tra i principali come gli ossidi di azoto (NOx) emessi dal traffico automobilistico e dalle industrie, nonché i composti organici volatili (COV) generati dalle attività umane ed emessi dalla vegetazione.
L’ozono troposferico è quindi un cosiddetto inquinante secondario perché non viene emesso direttamente sulla superficie terrestre. Gli episodi di inquinamento da ozono si registrano spesso in primavera e in estate, per diversi motivi: la luce solare è più intensa e le giornate sono più lunghe, fornendo più energia per le reazioni fotochimiche necessarie alla formazione dell’ozono. Le alte temperature aumentano il tasso di emissioni di precursori (in particolare COV) e in generale, una temperatura più elevata aumenta il tasso di reazione dei precursori dell’ozono, portando a una produzione di ozono più rapida e più abbondante.
Questo composto è dannoso per la salute umana, irrita le prime vie respiratorie e ha anche un effetto fitotossico, alterando i principali processi fisiologici delle piante. Infatti, si possono formare piccole macchie necrotiche sulla superficie delle foglie, riducendo la fotosintesi e di conseguenza la produttività delle colture, le rese agricole. Gli scienziati stimano in questo modo le perdite complessive di resa agricola aliquote attuali pari a circa il 3% per mais e riso e a circa il 7% per soia e grano.
Le piante hanno pori microscopici sulle foglie chiamati stomi: le piante li aprono e li chiudono per “respirare”. Quindi, quando sono aperti, i gas dell’aria, tra cui l’ozono, possono entrare nelle foglie attraverso gli stomi e danneggiare parti delle cellule fogliari. Gerald Holmes, NASA North Carolina State University, CC BY
La complessità della chimica dell’ozono non si ferma qui: NOx e COV competono per formare o distruggere l’ozono. Una cattiva qualità dell’aria con un’alta concentrazione di ossidi di azoto può quindi distruggere l’ozono. Questa è un’osservazione che siamo stati in grado di dedurre nel nostro lavoro: le concentrazioni di ozono sono generalmente più elevate nelle campagne, a 50 o 100 km dalle città inquinate. Lì, l’ozono ha il regime perfetto per formarsi: concentrazioni di ossidi di azoto e COV che non sono né troppo alte né troppo basse. Questa realtà è un altro paradosso dell’ozono. Ma cosa si può fare per monitorare meglio questa fonte di inquinamento?
Strategie di monitoraggio e riduzione dell’ozono in Europa
Le concentrazioni di ozono sono monitorate da circa 2.000 stazioni in tutta Europa ai sensi della Direttiva sulla qualità dell’aria ambiente del 2008. I dati satellitari e i modelli di previsione, abbinati ai dati in situ, ci consentono di mappare e prevedere l’ozono. Ciò è fornito dal Copernicus Atmosphere Monitoring Service (CAMS).
Inquinamento da ozono molto elevato mappato durante un’ondata di calore il 19 luglio 2022 in Europa. Copernicus Atmosphere Monitoring Service
Valutazione della qualità dell’aria nella regione di Parigi. Non esiste un valore limite normativo per l’ozono. Tutti i residenti della regione di Parigi sono stati esposti a livelli medi annui ben al di sopra delle raccomandazioni dell’OMS. Air Parif, CC BY
Per ridurre l’ozono nella troposfera, la strategia è quella di ridurre le emissioni dei suoi precursori. Oggi, ci sono tendenze al ribasso per vari inquinanti in Francia. Ad esempio, le concentrazioni di particolato fine e NOx sono diminuite in media del 40% tra il 2013 e il 2023 nell’Île-de-France.
D’altro canto, l’ozono è rimasto stabile nello stesso periodo. Questo fenomeno è chiamato chimica altamente non lineare. Se le riduzioni dei precursori non sono bilanciate, possono portare a risultati inaspettati. Ad esempio, ridurre solo gli ossidi di azoto o solo i COV senza ridurre l’altro precursore può spostare l’equilibrio chimico in modo tale da mantenere o addirittura aumentare i livelli di ozono. Ciò rende complicata la progettazione di strategie: ridurre uniformemente le emissioni dei precursori non porta sistematicamente a riduzioni dei livelli di ozono. Tutti i residenti della regione di Parigi sono quindi esposti a concentrazioni di ozono superiori alle soglie stabilite dall’Organizzazione mondiale della sanità.
Tuttavia, gli effetti dell’ozono troposferico, e in effetti di qualsiasi inquinante atmosferico, non sono solo un problema locale. Le concentrazioni di inquinanti dipendono anche dal trasporto dell’inquinante stesso, o dei suoi precursori, da fonti a volte distanti centinaia di chilometri. Uno studio del 2024 ha dimostrato che oltre il 50% della mortalità correlata all’ozono in Europa è associata all’ozono trasportato da fuori dal continente.
Concentrazioni future di ozono
L’Agenzia europea per l’ambiente rileva nel suo rapporto sull’inquinamento atmosferico in Europa che l’esposizione a breve termine all’ozono troposferico ha causato 22.000 morti premature in 41 paesi europei nel 2021, di cui 2.370 in Francia. L’aumento delle temperature accelererà il processo chimico di formazione dell’ozono troposferico. Ciò minaccia anche la sicurezza alimentare attuale e futura.
A quasi due secoli dalla sua identificazione, l’ozono resta una molecola per molti versi misteriosa.
La comprensione scientifica dei cicli chimici e del comportamento fisico-chimico delle principali molecole presenti nell’atmosfera, come l’ozono, è quindi essenziale per stabilire strategie politiche ed economiche coordinate tra i paesi, al fine di ridurre i rischi per la salute e l’impatto delle attività umane.
Sarah Safieddine, funzionaria di ricerca del CNRS (LATMOS/IPSL), Università della Sorbona; Camille Viatte, Ricercatrice presso LATMOS/IPSL/CNRS/Università della Sorbona, Università della Sorbona e Cathy Clerbaux, Direttrice di ricerca al CNRS (LATMOS/IPSL), professore ospite presso la Libera Università di Bruxelles, Università della Sorbona
Questo articolo è ripubblicato da The Conversation con licenza Creative Commons. Leggi l’articolo originale.
