L’ozono può essere un agente benefico o dannoso, a seconda di dove lo si trova nell’atmosfera. Nella stratosfera, il gas incolore protegge la Terra dai forti raggi ultravioletti del Sole. Ma più vicino al suolo, l’ozono è un inquinante atmosferico nocivo che può scatenare problemi di salute cronici tra cui dolore al petto, difficoltà respiratorie e funzionalità polmonare compromessa. E da qualche parte nel mezzo, nell’alta troposfera – lo strato dell’atmosfera appena sotto la stratosfera, dove navigano la maggior parte degli aerei – l’ozono contribuisce al riscaldamento del pianeta come potente gas serra.
Ci sono segnali che l’ozono continua a salire nell’alta troposfera nonostante gli sforzi per ridurre le sue fonti in superficie in molte nazioni. Ora, gli scienziati del MIT confermano che gran parte dell’aumento dell’ozono nell’alta troposfera è probabilmente dovuto all’uomo. In uno studio pubblicato sulla rivista Environmental Science and Technology, il team riferisce di aver rilevato un chiaro segnale di influenza umana sulle tendenze dell’ozono nell’alta troposfera in una registrazione satellitare di 17 anni a partire dal 2005.
“Confermiamo che c’è una chiara e crescente tendenza nell’ozono nell’alta troposfera nelle latitudini medie settentrionali dovuta agli esseri umani piuttosto che al rumore climatico“, afferma l’autore principale dello studio, Xinyuan Yu, uno studente laureato presso il Dipartimento di Scienze della Terra, Atmosferiche e Planetarie (EAPS) del MIT. “Ora possiamo fare maggior lavoro investigativo e cercare di capire quali specifiche attività umane stanno portando a questa tendenza dell’ozono“, aggiunge la co-autrice Arlene Fiore, professoressa in Scienze della Terra, Atmosferiche e Planetarie.
L’intricata ragnatela dell’ozono
Comprendere le cause e le influenze dell’ozono è un esercizio impegnativo. L’ozono non viene emesso direttamente, ma è invece un prodotto di “precursori“, ingredienti di partenza, come ossidi di azoto e composti organici volatili (COV), che reagiscono in presenza di luce solare per formare ozono. Questi precursori sono generati da gas di scarico dei veicoli, centrali elettriche, solventi chimici, processi industriali, emissioni di aeromobili e altre attività indotte dall’uomo.
Se e per quanto tempo l’ozono persiste nell’atmosfera dipende da un groviglio di variabili, tra cui il tipo e l’entità delle attività umane in una determinata area, nonché la variabilità climatica naturale. Ad esempio, un anno di forte El Niño potrebbe spingere la circolazione atmosferica in un modo che influenza le concentrazioni di ozono, indipendentemente da quanto ozono gli esseri umani stiano contribuendo all’atmosfera quell’anno.
Districare le cause umane e quelle climatiche della tendenza dell’ozono, in particolare nell’alta troposfera, è particolarmente complicato. A complicare le cose c’è il fatto che nella bassa troposfera, lo strato più basso dell’atmosfera, più vicino al livello del suolo, l’ozono ha smesso di aumentare ed è persino diminuito in alcune regioni alle medie latitudini settentrionali negli ultimi decenni. Questa diminuzione dell’ozono nella bassa troposfera è principalmente il risultato degli sforzi in Nord America ed Europa di ridurre le fonti industriali di inquinamento atmosferico.
“Vicino alla superficie, si è osservato che l’ozono diminuisce in alcune regioni e le sue variazioni sono più strettamente collegate alle emissioni umane”, nota Yu. “Nell’alta troposfera, le tendenze dell’ozono sono meno monitorate ma sembrano disaccoppiarsi da quelle vicino alla superficie e l’ozono è più facilmente influenzato dalla variabilità climatica. Quindi, non sappiamo se e quanto di quell’aumento di ozono osservato nell’alta troposfera sia attribuito agli esseri umani”.
Un segnale umano in mezzo al rumore climatico
Yu e Fiore si sono chiesti se un'”impronta digitale” umana nei livelli di ozono, causata direttamente dalle attività umane, potesse essere abbastanza forte da essere rilevabile nelle osservazioni satellitari nell’alta troposfera. Per vedere un tale segnale, i ricercatori avrebbero dovuto prima sapere cosa cercare.
Per questo, hanno esaminato le simulazioni del clima terrestre e della chimica atmosferica. Seguendo gli approcci sviluppati nella climatologia, hanno ragionato che se fossero riusciti a simulare una serie di possibili variazioni climatiche negli ultimi decenni, tutte con identiche fonti di emissioni di precursori dell’ozono derivate dall’uomo, ma ciascuna a partire da una condizione climatica leggermente diversa, allora qualsiasi differenza tra questi scenari avrebbe dovuto essere dovuta al rumore climatico. Per inferenza, qualsiasi segnale comune emerso quando si faceva la media sugli scenari simulati avrebbe dovuto essere dovuto a cause guidate dall’uomo. Un segnale del genere, quindi, sarebbe un’“impronta digitale” che rivela l’ozono causato dall’uomo, che il team potrebbe cercare nelle osservazioni satellitari reali.
Con questa strategia in mente, il team ha eseguito simulazioni utilizzando un modello climatico chimico all’avanguardia. Hanno eseguito più scenari climatici, ognuno a partire dall’anno 1950 fino al 2014. Dalle simulazioni, il team ha visto un segnale chiaro e comune in tutti gli scenari, che hanno identificato come un’impronta digitale umana. Hanno quindi esaminato i prodotti dell’ozono troposferico derivati da più strumenti a bordo del satellite Aura della NASA.
“Sinceramente, pensavo che i dati satellitari sarebbero stati troppo rumorosi”, ammette Fiore. “Non mi aspettavo che il modello sarebbe stato abbastanza robusto”. Ma le osservazioni satellitari che hanno utilizzato hanno dato loro una possibilità abbastanza buona.
Il team ha esaminato i dati dell’ozono dell’alta troposfera derivati dai prodotti satellitari, dagli anni 2005 al 2021, e ha scoperto che, in effetti, potevano vedere il segnale dell’ozono causato dall’uomo che le loro simulazioni avevano previsto. Il segnale è particolarmente pronunciato in Asia, dove l’attività industriale è aumentata in modo significativo negli ultimi decenni e dove l’abbondante luce solare e i frequenti eventi meteorologici trasportano l’inquinamento, tra cui l’ozono e i suoi precursori, nell’alta troposfera.
Yu e Fiore stanno ora cercando di identificare le specifiche attività umane che stanno portando all’aumento dell’ozono nell’alta troposfera. “Da dove deriva questa tendenza crescente? Sono le emissioni superficiali derivanti dalla combustione di combustibili fossili nei motori dei veicoli e nelle centrali elettriche? Sono gli aerei che volano nell’alta troposfera? È l’influenza degli incendi boschivi? O una combinazione di tutto quanto sopra?“, si chiede Fiore. “Essere in grado di separare gli impatti causati dall’uomo dalle variazioni climatiche naturali può aiutare a informare le strategie per affrontare il cambiamento climatico e l’inquinamento atmosferico”.
Questa ricerca è stata finanziata, in parte, dalla NASA.
