Chimica for Lovers #6: Buco dell'Ozono

Per tutta una serie di motivi l'uscita di questo post di Chimica for Lovers, la rubrica dedicata alle domande più interessanti che mi sono state fatte dagli studenti a lezione, è stato rimandato più volte: ma finalmente eccolo qua. Una volta, parlando della questione ambientale relativa al buco dell'ozono, una studentessa mi ha chiesto perché questo si formi in corrispondenza del Polo Sud. Prima di arrivarci, bisogna esaminare il perché si sia formato un buco nell'ozonosfera.

L'ozonosfera è costituita da uno strato di ozono che circonda il nostro pianeta. Questo gas si forma a seguito della scissione delle molecole di ossigeno in atomi singoli, i quali vanno a combinarsi con altre molecole di ossigeno, generando un composto triatomico; il processo in genere è provocato dalle scariche elettriche dei fulmini.
L'ozono è in grado di assorbire i raggi ultravioletti di tipo B, la componente più energetica e per noi più dannosa della radiazione solare, impedendo che arrivi alla superficie del nostro pianeta. Pertanto l'ozonosfera è un'importante schermo protettivo.
Diverse sostanze presenti in atmosfera come inquinanti, in particolare gli ossidi di cloro o di azoto, fungono da catalizzatori per la decomposizione dell'ozono (ovvero ne accelerano la reazione). Gli ossidi di cloro si formavano in atmosfera principalmente per l'uso fatto a partire dagli anni '50 dei clorofluorocarburi, dei composti che venivano usati come refrigeranti nei frigoriferi; mentre oggi invece sono vietati. Gli ossidi di azoto sono dei sottoprodotti della combustione delle benzine; le marmitte catalitiche hanno lo scopo di abbatterli il più possibile. 
Negli anni '80 si è scoperto che queste sostanze avevano depauperato lo strato di ozono, fino a provocare un "buco" (cioè una zona a scarsa concentrazione di ozono) in corrispondenza del Polo Sud. Ma perché proprio lì? 

Come abbiamo già visto qui, quando una sostanza viene immessa in soluzione (per esempio nell'aria, che è una soluzione gassosa), per ragioni di natura termodinamica le molecole tendono a occupare tutto il volume a disposizione, così che la loro concentrazione sia la stessa in ogni punto. Il moto spontaneo di una specie chimica dovuto a un gradiente di concentrazione (ovvero a una differenza di concentrazione tra due punti) si chiama diffusione. 

In teoria le sostanze inquinanti che degradano l'ozono per diffusione dovrebbero sparpagliarsi per tutto il mondo. Questo non succede perché il Polo Sud ha delle caratteristiche climatiche particolari: durante l'inverno polare (cioè tra dicembre e aprile) si forma il vortice antartico, un'area di bassa pressione che isola l'aria del Polo Sud da quella del resto del pianeta. In tale situazione gli inquinanti non possono diffondere, ma si concentrano invece in quella zona.