La prossima grande eruzione vulcanica potrebbe dare il via a reazioni chimiche che danneggerebbero gravemente lo strato di ozono già assediato del pianeta.

L'entità del danno allo strato di ozono che deriva da un grande, eruzione esplosiva dipende dalla complessa chimica atmosferica, compresi i livelli di emissioni antropiche nell'atmosfera. Utilizzando sofisticati modelli chimici, ricercatori dell'Università di Harvard e dell'Università del Maryland hanno esplorato cosa accadrebbe allo strato di ozono in risposta a eruzioni vulcaniche su larga scala nel resto di questo secolo e in diversi scenari di emissione di gas serra. La ricerca è stata pubblicata di recente in Lettere di ricerca geofisica .

La stratosfera terrestre si sta ancora riprendendo dallo storico rilascio di clorofluorocarburi (CFC) e altre sostanze chimiche dannose per l'ozono. Anche se i CFC sono stati gradualmente eliminati dal Protocollo di Montreal 30 anni fa, i livelli di molecole contenenti cloro nell'atmosfera sono ancora elevati. Le eruzioni vulcaniche esplosive che iniettano grandi quantità di anidride solforosa nella stratosfera facilitano la conversione chimica del cloro in forme più reattive che distruggono l'ozono.

I ricercatori sanno da tempo che quando le concentrazioni di cloro dei CFC prodotti dall'uomo sono elevate, l'esaurimento dell'ozono risulterà a seguito di un'eruzione vulcanica. Quando i livelli di cloro dei CFC sono bassi, le eruzioni vulcaniche possono effettivamente aumentare lo spessore dello strato di ozono. Ma il momento esatto in cui avviene questa transizione, dalle eruzioni che riducono l'ozono alle eruzioni che aumentano lo spessore dello strato di ozono, è stato a lungo incerto. La ricerca precedente ha posto la finestra della transizione tra il 2015 e il 2040.

I ricercatori di Harvard hanno scoperto che le eruzioni vulcaniche potrebbero provocare l'esaurimento dell'ozono fino al 2070 o oltre, nonostante la diminuzione delle concentrazioni di CFC prodotti dall'uomo.

"I risultati del nostro modello mostrano che la vulnerabilità della colonna di ozono alle grandi eruzioni vulcaniche continuerà probabilmente fino alla fine del 21° secolo, notevolmente in ritardo rispetto alle stime precedenti, " ha detto David Wilmouth, che ha diretto la ricerca ed è uno scienziato di progetto presso la Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences e il Dipartimento di Chimica e Biologia Chimica.

Così, perché questo cambiamento sta accadendo molto più tardi di quanto si pensasse in precedenza?

"Le stime precedenti non tenevano conto di alcune fonti naturali di gas alogeni, come i bromocarburi a vita molto breve provenienti dal plancton marino e dalle microalghe, "ha detto Eric Klobas, autore principale e dottorando in fisica chimica ad Harvard.

La contabilizzazione di queste emissioni mette a punto i tempi del passaggio dalle eruzioni che causano la riduzione dell'ozono alle eruzioni che aumentano lo spessore dello strato di ozono. Queste fonti naturali di bromo diventano particolarmente importanti nella bassa stratosfera dopo che le concentrazioni di CFC emessi dall'uomo sono diminuite.

"Abbiamo scoperto che la concentrazione di bromo naturale, composti organici a vita molto breve è di fondamentale importanza, " disse Klobas. "Anche piccolo, cambiamenti di parte per trilione nella quantità di bromo da queste fonti possono significare la differenza tra un'eruzione vulcanica della fine del 21° secolo con conseguente esaurimento della colonna di ozono o miglioramento della colonna di ozono".

I ricercatori hanno quindi esplorato come un evento vulcanico delle dimensioni dell'eruzione del Monte Pinatubo, che ha lanciato nella stratosfera circa 20 milioni di tonnellate di anidride solforosa nel 1991, avrebbe un impatto sullo strato di ozono nel 2100. Il team ha modellato quattro diversi scenari di emissione di gas serra, che vanno da molto ottimista a quello che è comunemente considerato lo scenario peggiore.

Il team ha scoperto che la proiezione più ottimistica delle future concentrazioni di gas serra ha portato al maggior impoverimento dell'ozono da un'eruzione vulcanica. Al contrario, nello scenario pessimistico in cui le emissioni di gas serra continuano ad aumentare rapidamente per tutto il 21° secolo, un'eruzione delle dimensioni del Monte Pinatubo porterebbe in realtà a un leggero aumento dell'ozono. I ricercatori hanno scoperto che le temperature stratosferiche più fredde e i livelli più elevati di metano in questo scenario potrebbero frenare importanti reazioni chimiche che riducono l'ozono.

Ma, ecco il punto:tutti gli scenari di cui sopra presumevano che l'eruzione vulcanica avrebbe iniettato solo zolfo nella stratosfera, come l'eruzione del 1991 del Monte Pinatubo nelle Filippine. Se l'eruzione dovesse iniettare nella stratosfera anche sostanze chimiche contenenti alogeni come l'acido cloridrico (HCl), i risultati potrebbero essere disastrosi.

"Se alogeni vulcanici, che sono comunemente presenti in grande quantità nelle eruzioni vulcaniche, dovessero ripartirsi sostanzialmente nella stratosfera, in qualsiasi scenario di emissione di gas serra, in qualsiasi momento in futuro, potrebbe causare gravi perdite di ozono stratosferico, " disse Klobas.

In tal caso, gli Stati Uniti potrebbero assistere a una diminuzione prolungata e significativa dello spessore dello strato di ozono, dal 15 al 25 percento nello scenario alogeno più elevato modellato. Anche piccole riduzioni dello spessore dello strato di ozono, che protegge la superficie della Terra dalle radiazioni ultraviolette che distruggono il DNA, può avere un impatto negativo sulla salute umana e su altre forme di vita su questo pianeta.

"Queste eruzioni sono eventi altamente insoliti, ma esiste la possibilità, come si evince dalla documentazione storica, " disse Wilmouth.