Ozono Approfondimento

OZONO

Informazioni generali e cenni storici

L'ozono (simbolo O3) è un gas dal caratteristico odore agliaceo, le cui molecole sono formate da tre atomi di ossigeno.

Christian Friedrich Schönbein lo scoprì, durante esperimenti di ossidazione lenta del fosforo bianco e di elettrolisi dell'acqua. La sua struttura chimica è un ibrido di risonanza fra tre formule limite possibili, il che ne fa una molecola estremamente reattiva.

È un gas instabile (gassoso, a 20 °C ha un tempo di dimezzamento di tre giorni, in soluzione acquosa di 20 minuti), ed allo stato liquido è esplosivo. È un energico ossidante (reagendo con i CFC e ossidandosi, si trasforma in anidride carbonica) e per gli esseri viventi è un gas altamente velenoso, fortemente irritante per le mucose.

Ha un odore pungente caratteristico, lo stesso odore che accompagna talvolta i temporali, dovuto proprio all'ozono prodotto dalle scariche dei fulmini. Il suo nome deriva infatti dal verbo greco ὄζειν = puzzare".  

L’ozono è un gas presente in tutta l’atmosfera e viene suddiviso in:

- ozono troposferico, cioè quello presente nei bassi strati atmosferici, vicini al suolo; risulta pericoloso per l’apparato respiratorio e rappresenta il prodotto dell’inquinamento industriale ed urbano. Si forma soprattutto d’estate quando la radiazione solare è particolarmente intensa e le condizioni di stabilità e compressione atmosferica ne determinano il ristagno nei bassi strati;

- ozono stratosferico, così chiamato perché si concentra prevalentemente nella stratosfera all’altezza di circa 25 Km, in una fascia atmosferica chiamata ozonosfera; è da ritenersi essenziale alla vita sulla Terra per via della sua capacità di assorbire la radiazione ultravioletta (UV) proveniente dal Sole e di regolare la radiazione netta ricevuta dalla superficie terrestre.

 

                               

L’attività di misura da parte del Servizio Meteorologico dell’Aeronautica Militare ebbe inizio nel 1947.

 

Metodo di misura, strumentazione in uso e qualità

Le misure da terra di ozono effettuate dal Servizio Meteorologico dell’A.M. si suddividono in misure ozono colonnare totale e  profili verticali.

 

L’ozono colonnare totale è lo spessore dello strato di ozono che risulterebbe se tutto l’ozono contenuto in una colonna verticale atmosferica che si estende dalla superficie terrestre fino all’apice dell’atmosfera, fosse ridotto in condizioni di temperatura e pressione standard (STP: 0°C, 1013 hPA).

Si misura in Unità Dobson (DU): 100 DU di ozono corrispondono ad uno strato dello spessore di un millimetro. La quantità totale di ozono presente alle latitudini temperate è mediamente pari a circa 350 DU.

                                                               

Per misurare l’ozono totale colonnare si sfrutta la proprietà del gas di assorbire gran parte della radiazione UV; l’ozono totale è pertanto misurato nelle stazioni della rete A.M. attraverso la misura delle irradianze nello spettro d’assorbimento UV dell’ozono (300-340μm) con spettofotometri Brewer e/o Dobson.

                                 

Lo spettrofotometro “Dobson”, ideato e costruito nel 1924 dallo scienziato G.W. Dobson, è uno strumento del tutto manuale ancora in uso presso molte reti di osservazione dell’ozono, tra cui quella A.M. Il principio di funzionamento del “Dobson” è basato sull'assorbimento differenziale.

Un doppio spettroscopio isola due ristrette regioni spettrali nell'ultravioletto, scelte in modo che la radiazione a lunghezza d'onda maggiore è poco affetta dall'assorbimento dovuto all'ozono, mentre quella a lunghezza d'onda minore è fortemente assorbita; le osservazioni sono effettuate puntando lo strumento verso il Sole oppure verso lo zenit.

La misura del rapporto tra le intensità della radiazione ricevuta nelle due regioni spettrali permette di calcolare la quantità di ozono attraversata dalla radiazione solare e quindi il contenuto colonnare, conoscendo l'angolo zenitale del Sole.

                                   

Spettrofotometro “Dobson”

Dagli anni 30 in poi il “Dobson” è stato lo strumento più utilizzato per le misure di ozono colonnare finché, alla fine degli anni 70, il Prof. Alan Brewer, il Dr. David Wardle ed altri collaboratori, svilupparono un nuovo strumento che lo potesse sostituire e migliorare: lo spettrofotometro “Brewer”.

Il “Brewer” é uno spettrometro a reticolo di diffrazione che fornisce osservazioni quasi simultanee dell’intensità della radiazione solare a sei diverse lunghezze d’onda nell’ultravioletto. Tali dati permetto di calcolare, similarmente al funzionamento del “Dobson”, l'ozono totale colonnare (O3), ma anche l'anidride solforosa (SO2), il biossido di azoto (NO2), l'intensità di radiazione UV-B.

E' inoltre possibile ottenere i profili di O3 con il metodo Umkher. Ha il vantaggio di operare in modo completamente automatizzato e continuo essendo provvisto di un tracker che permette di seguire automaticamente lo spostamento del sole. Vengono inoltre eseguiti i vari test di controllo, automatici o su intervento dell’operatore, che assicurano la qualità delle osservazioni.