Il 16 settembre 1987, politici e scienziati di tutto il mondo si sono riuniti presso la sede dell'Organizzazione per l'aviazione civile internazionale a Montreal, preparandosi ad agire sull'argomento più urgente della giornata:l'esaurimento dello strato protettivo di ozono della Terra.

Due anni prima, i ricercatori del British Antarctic Survey avevano sbalordito il mondo con il primo documento che dimostrava che i livelli di ozono atmosferico sull'Antartide stavano calando a un ritmo sorprendente durante la primavera dell'emisfero australe. Poco dopo il giornale britannico, La NASA ha mostrato immagini dal suo spettrometro di mappatura totale dell'ozono (TOMS) che non solo ha confermato i livelli di ozono in calo, ma ha anche mostrato che l'estensione era più ampia di quanto chiunque pensasse. Il "buco dell'ozono, "come è stata soprannominata la regione gravemente impoverita, era la dimensione dell'intero continente antartico.

Alcuni scienziati avevano avvertito fin dagli anni '70 che le sostanze chimiche chiamate clorofluorocarburi (CFC) rappresentavano una minaccia per lo strato di ozono, ma nessuno sapeva con certezza cosa stesse causando lo sviluppo del buco dell'ozono. La scoperta ha dato urgenza alla discussione:come potrebbe il mondo riparare lo strato di ozono prima che fosse troppo tardi?

L'ozono - una sostanza chimica composta da tre atomi di ossigeno - si trova principalmente in uno strato a circa 8-30 miglia sopra la superficie terrestre, nella stratosfera. Assorbe le radiazioni ultraviolette (UV) nocive dal sole, piante di schermatura, animali e umani da danni che vanno dalla morte delle colture al cancro della pelle.

"Se non ci fosse lo strato di ozono, il Sole sterilizzerebbe la superficie terrestre, "ha detto Paul Newman, capo scienziato per le Scienze della Terra presso il Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, Maryland.

Il 16 settembre 1987, Newman era un giovane scienziato atmosferico a Goddard, analizzando i dati provenienti dall'Antarctic Airborne Ozone Expedition (AAOE) - dove un altro scienziato della NASA, Susan Strahan, stava con i suoi colleghi a guardare una bacheca a Punta Arenas, Chile. Strahan ha analizzato i dati di chimica atmosferica dall'elegante, aereo ER-2 ad ali lunghe che vola nel vortice polare antartico per misurare l'ozono e le sostanze chimiche che potrebbero reagire con esso.

I dati di quel giorno avrebbero prodotto il famoso "complotto della pistola fumante":i dati che mostrano che come una sostanza chimica chiamata monossido di cloro è aumentata nella stratosfera antartica, l'ozono è diminuito. Si sapeva che il monossido di cloro era presente nell'atmosfera, ma in precedenza era stato osservato solo a concentrazioni inferiori rispetto a quelle misurate dal team AAOE:questi livelli provenivano da una serie complessa di reazioni chimiche che si verificano nell'Antartico in seguito alla rottura dei CFC da parte delle radiazioni UV nella stratosfera. I dati hanno smentito altre teorie e hanno fornito agli scienziati la prova che i CFC stavano causando il buco dell'ozono.

I dati di Strahan e dei suoi colleghi non sarebbero stati pubblicati fino a tardi, ma alla fine di quel giorno nel 1987, ventisette nazioni hanno aderito al Protocollo di Montreal sulle sostanze che riducono lo strato di ozono:"Forse il singolo accordo internazionale di maggior successo fino ad oggi, " ha affermato l'ex segretario generale delle Nazioni Unite Kofi Annan nel 2003. Il protocollo di Montreal ha creato un calendario per il controllo della produzione e del consumo di CFC. Nei prossimi anni, la scienza dell'impoverimento dell'ozono era più fermamente stabilita, i produttori hanno introdotto prodotti chimici sostitutivi più sicuri per l'ambiente, e il Protocollo di Montreal è stato rafforzato più volte per fermare la produzione e l'uso su larga scala di CFC e molecole correlate.

Il lungo viaggio verso la guarigione era iniziato.

Oggi, Newman e Strahan sono leader nella scienza atmosferica ed entrambi siedono alla NASA Goddard:Newman come capo scienziato per le Scienze della Terra e co-presidente dello Scientific Assessment Panel (SAP) del Protocollo di Montreal, Strahan come scienziato principale per l'Associazione per la ricerca spaziale delle università. E oggi, entrambi tengono d'occhio l'atmosfera terrestre, continuare la ricerca a lungo termine della NASA e gli sforzi di monitoraggio sull'ozono stratosferico (che risalgono agli anni '70) nel futuro.

CFC:pericolo ad alta quota

I CFC non sono sempre stati i cattivi in ​​questa storia. Inventato per essere utilizzato come refrigerante negli anni '20, I CFC hanno rappresentato una svolta tecnologica:erano versatili, ma soprattutto, non erano né tossici né infiammabili. I vecchi prodotti chimici di refrigerazione erano letali se fuoriuscivano; I CFC non hanno danneggiato la salute umana né reagito con altre sostanze chimiche nella bassa atmosfera.

Il problema è che mentre i CFC sono inerti in superficie, la storia cambia nella stratosfera.

"I CFC vengono emessi in superficie. Facciamo un frigorifero, e il composto fuoriesce, " ha detto Strahan. "Le emissioni iniziano nella troposfera (lo strato atmosferico più vicino alla superficie terrestre) e si fanno strada fino alla stratosfera".

Una volta che i CFC si diffondono al di sopra della protezione dello strato di ozono, I raggi UV li frantumano, rilasciando atomi di cloro altamente reattivi. All'inizio, questi reagiscono con altre sostanze chimiche per creare acido cloridrico e nitrato di cloro, chiamati "gas di riserva, "Strahan ha detto, perché in genere immagazzinano il cloro in molecole stabili.

Ma le regioni polari supportano reazioni chimiche che non potrebbero avvenire da nessun'altra parte sulla Terra. Il freddo intenso degli inverni polari permette la formazione di nubi sottili, nonostante la bassa umidità atmosferica. E i venti del vortice polare circondano la regione antartica, intrappolando le sostanze chimiche all'interno del suo confine. L'acido cloridrico e il nitrato di cloro reagiscono sulle superfici di queste sottili particelle di nuvola per liberare nuovamente il cloro reattivo, e quando il sole torna in primavera, la radiazione UV avvia le reazioni catalitiche cloro-ozono che distruggono lo strato di ozono. Un atomo di cloro può distruggere migliaia di molecole di ozono e con milioni di tonnellate di CFC pompati nell'atmosfera dagli anni '20 fino ai primi anni '90, la regione polare antartica ha subito l'urto dei danni.

"Se non avessimo fatto nulla, se il Protocollo di Montreal non fosse stato firmato, a questo punto le cose sarebbero state abbastanza disastrose, " ha detto Newman. "I livelli di ozono sarebbero molto più bassi; I livelli di UV sarebbero molto alti. A causa della maggiore radiazione UV in superficie, avremmo avuto perdite globali di raccolto, le persone si scotterebbero più velocemente e il cancro della pelle aumenterebbe. I prezzi del cibo aumenterebbero; i poveri del mondo avrebbero sofferto molto».

Primi passi per il recupero

Oggi, 33 anni dopo, il buco dell'ozono mostra i primi segni di ripresa. Strahan e la sua collega Anne Douglass hanno pubblicato uno dei primi studi nel 2018 che conferma che i livelli di cloro atmosferico stanno diminuendo di pari passo con il ridotto impoverimento dell'ozono sull'Antartide, prova che il protocollo di Montreal sta funzionando.

Questi primi segnali di speranza rappresentano una storia di successo globale:responsabili politici, scienziati e aziende di tutto il mondo hanno unito le forze per trovare una soluzione a un problema urgente. Gran parte dei dati che hanno permesso queste decisioni provenivano da scienziati e strumenti della NASA. Monitoraggio continuo a terra e nello spazio dell'ozono e di altri gas in tracce, dalla NASA e da altre istituzioni, contribuirà a informare lo sviluppo di politiche ambientali progettate per garantire che i livelli continuino a seguire una direzione positiva anche nel mezzo di altri cambiamenti, come il riscaldamento climatico della Terra.

"Se non sai quanto ozono c'è lassù, non sai se sta migliorando o peggiorando, " disse Strahan. "Se cambia, era una variabilità naturale o era causata dall'uomo? Avere una lunga serie di dati sull'ozono e altri gas direttamente correlati alla sua chimica è davvero importante".

Oggi, La NASA monitora l'ozono dallo spazio utilizzando il Microwave Limb Sounder (MLS) e lo strumento di monitoraggio dell'ozono a bordo della sua navicella spaziale Aura, e l'MLS misura anche i gas in tracce contenenti cloro. Lo studio del 2018 di Strahan e Douglass ha utilizzato misurazioni MLS di acido cloridrico, una forma che assume il cloro dopo aver distrutto l'ozono, per calcolare il cloro inorganico stratosferico totale sopra l'Antartide. I composti inorganici del cloro come l'acido cloridrico non hanno molecole di carbonio, che consente ai ricercatori di differenziarli dal cloro ancora legato ai CFC.

Inoltre, lo Stratospheric Aerosol and Gas Experiment III misura l'ozono e i gas in tracce dal suo punto di osservazione a bordo della Stazione Spaziale Internazionale, e la NASA-NOAA Ozone Mapping Profiler Suite a bordo del satellite Suomi-NPP misura sia l'ozono totale della colonna che i profili di ozono. Questi strumenti avevano precursori sui precedenti satelliti della NASA, e loro, insieme allo spazio, le misurazioni dell'aria e del suolo effettuate da organizzazioni partner come la National Oceanic and Atmospheric Administration e partner globali aiuteranno gli scienziati a tenere traccia del recupero del buco dell'ozono.

"Quando si tratta di un chiaro segno che il buco dell'ozono sta andando via, potrebbero passare ancora un paio di decenni prima che possiamo guardare in alto e dire che è ogni anno più piccolo di quanto non fosse nei primi anni 2000, " Disse Strahan. "La maggior parte degli anni da allora, è stato un po' più piccolo, ma a volte avremo un anno davvero freddo e di nuovo un grande buco. Avremo quel tipo di variabilità andando avanti, ma una volta arrivati ​​al 2040 circa, ci sarà così tanto meno cloro che i buchi saranno più piccoli anche negli anni freddi. sarà lungo, strada sconnessa, ma stiamo andando nella direzione giusta. Dobbiamo solo essere pazienti e continuare a fare un buon lavoro".