La luce solare risulta essere composta da una gamma molto ampia di onde elettromagnetiche delle quali l’occhio umano è in grado di percepire radiazioni luminose (radiazione visibile) aventi lunghezze d’onda da circa 700 nm (rosso) fino a 400 nm (violetto). La radiazione Ultravioletta (UV) è caratterizzata da lunghezze d’onda comprese fra i 100 e i 400 nm e a sua volta risulta essere suddivisa in tre bande: UVA (320-400 nm), UV-B (280-320 nm) e UV-C (100-280 nm).

La radiazione UV-A è molto importante nell’attivazione di alcuni processi fotochimici responsabili della produzione di inquinanti atmosferici e nella degradazione dei materiali plastici; la radiazione UV-B è responsabile di possibili danni a livello molecolare nei sistemi biologici (per esempio danni alla molecola del DNA) e nei materiali ed infine la radiazione UV-C è la radiazione denominata "germicida" per il suo alto contenuto energetico. In figura viene riportato un tipico spettro solare misurato nella banda UV intorno al mezzogiorno solare del 22 Luglio 1997 (cielo sereno) a Firenze.

1. RIDUZIONE DELL’OZONO STRATOSFERICO ED AUMENTO DELLA RADIAZIONE ULTRAVIOLETTA
L’ozono (O3) nell’atmosfera si trova localizzato, principalmente, nella stratosfera ad una quota compresa fra i 10 ed i 50 km. Negli ultimi 15 anni lo strato di ozono ha subito una significativa attenuazione, particolarmente alle alte latitudini. L'ozono stratosferico è stato misurato fin dagli anni '50 mediante spettrofotometri Dobson posizionati sulla superficie terrestre; dalla fine degli anni settanta sono inoltre disponibili osservazioni ottenute mediante sensori (TOMS, GOME) montati su satelliti.. Agli inizi degli anni ottanta un gruppo di scienziati britannici rese noto alla comunità scientifica internazionale che durante ogni primavera australe (Settembre-Novembre) a partire dal 1979 avevano rilevato una profonda lacerazione nello strato di ozono sovrastante l’Antartide. Dal 1988 sono state effettuate misure estensive sull’area polare dell’emisfero nord mediante rilevamenti effettuati per mezzo di aerei, palloni sonda e satelliti; queste misure hanno evidenziato che durante i mesi invernali-primaverili (Gennaio-Marzo), anche la stratosfera delle regioni artiche presentava disturbi nella propria composizione chimica paragonabili a quelli dell’area antartica.

I principali responsabili di queste alterazioni chimiche sono stati individuati in alcuni gas prodotti dalle attività industriali umane: i clorofluorocarburi (CFC). A livello di emisfero nord una consistente attenuazione dell’ozono stratosferico si è verificata nel periodo inverno-primavera del 1992-93; livelli di ozono inferiori alla norma del 9% e del 20% furono rilevati rispettivamente alle medie ed alle alte latitudini. In figura vengono riportate le riduzioni percentuali rispetto ai valori medi riscontrate nel Marzo 1993 nell’emisfero nord.     (Bollettino WMO Luglio, 1993) Tali riduzioni della fascia di ozono nell’emisfero nord sono state confermate recentemente; in figura vengono riportati i valori misurati dello strato di ozono il 31 Marzo 1997 (a sinistra) ed i valori climatologici medi per il mese di Marzo (a destra). Risulta particolarmente evidente la riduzione dello strato per le latitudini artiche.     (Gentilmente fornita da Michael Bittner, DLR-DFD) Da stime dello spessore della colonna totale di ozono, ricavate da immagini provenienti da satelliti, emerge una diminuzione media del 5% per decade in tutta la fascia delle medie latitudini dell'emisfero nord. Il ruolo fondamentale svolto dallo strato di ozono stratosferico consiste nell’assorbire gran parte delle radiazioni solari con lunghezza d’onda inferiore ai 320 nm (Ultravioletto-C e ultravioletto-B).  

2. MISURA DELLA RADIAZIONE UV
La misura della radiazione ultravioletta risulta molto difficoltosa a causa dell’elevata pendenza dello spettro nella regione UV e perchè gli standard di calibrazione in questa regione sono imprecisi. In particolare risulta complessa la determinazione di un andamento della radiazione UV nel tempo poichè esistono molti fattori, oltre all’ozono, che possono influenzarla. In conseguenza, anche se la relazione esistente fra attenuazione dell’ozono stratosferico ed aumento della radiazione UV, è stata ampiamente dimostrata, esistono ben pochi dati di misura della radiazione UV in grado di supportarla nel lungo periodo. La misura della radiazione UV può essere effettuata mediante due tipologie di strumenti: "radiometri a banda larga" e "Spettroradiometri".

Radiometro Spettroradiometro Mentre i primi consentono la misura della radiazione UV in una certa banda spettrale ben definita, i secondi permettono la misura della radiazione in ogni sua componente nanometro per nanometro. Recentemente è stato messo a punto un tipo particolare di spettrofotometro (Brewer) in grado di misurare da terra la radiazione UV, la colonna totale di ozono, il suo profilo verticale, l'anidride solforosa ed il biossido di azoto. Al momento, come premesso, sono state possibili solo poche valutazioni del flusso di UV-B nel lungo periodo; i risultati ottenuti spesso non sono risultati coerenti fra di loro in quanto influenzati da problemi di stabilità e calibrazione degli strumenti (radiometri a banda larga) finora impiegati e da situazioni di inquinamento atmosferico locale.

3. POSSIBILE IMPATTO DELL’AUMENTO DI RADIAZIONE UV-B SU UOMO, ECOSISTEMI E MATERIALI

UOMO
In ambito planetario l’incidenza dei tumori della pelle è in costante aumento, specialmente nelle regioni dove si svolgono ancora prevalentemente attività all’aperto e si stima che queste malattie possano diffondersi in modo allarmante in presenza di un maggiore irraggiamento UV-B. Gli scienziati hanno confermato che i tumori della pelle sono in gran parte causati dalla radiazione UV. Inoltre i raggi ultravioletti possono danneggiare anche gli occhi, in particolare, provocando la cataratta con conseguente riduzione della vista e possibile cecità.

Infine anche il sistema immunitario può essere debilitato dalla radiazione ultravioletta, rendendo l’organismo più suscettibile alle infezioni e riducendo l’efficacia delle vaccinazioni preventive. Sebbene molti degli effetti dannosi non appaiano che in età adulta, recenti studi hanno evidenziato quanto sia importante la protezione da esposizioni eccessive alla radiazione ultravioletta nei bambini; esiste infatti una stretta relazione fra l’esposizione al sole in giovane età e la possibile insorgenza di tumori della pelle successivamente.

ECOSISTEMI
I possibili effetti di un aumento della radiazione ultravioletta sui vegetali sono stati ampiamente studiati negli ultimi anni. A tale proposito è emersa una notevole variabilità di risposta in conseguenza della specie vegetale esaminata; comunque i principali effetti che si sono osservati sono relativi a riduzioni nella crescita, nella produzione, a possibili alterazioni chimiche degli organi vegetali (foglie, frutti ecc.), modificazioni della struttura e della morfologia della pianta.

Inoltre a livello più ampio di ecosistema si possono prevedere possibili alterazioni nel processo di degradazione della lettiera vegetale, nella competizione fra specie diverse, modifiche nella suscettibilità alle malattie fungine ed agli insetti, ecc. Particolarmente importante risulta l'effetto dell'incremento di radiazione UV-B sugli ecosistemi acquatici. Attraverso l'attività fotosintetica gli organismi unicellulari che costituiscono il plancton sintetizzano circa il 50% della sostanza organica annualmente prodotta nella biosfera.

MATERIALI
Il previsto incremento di radiazione UV-B solare, oltre a provocare modificazioni all’interno delle comunità biologiche, avrà anche delle conseguenze a livello di materia inorganica. Particolarmente colpite saranno le materie plastiche che, per la loro struttura chimica, risultano molto sensibili alla radiazione UV-B che ne determina un precoce processo di invecchiamento con conseguente perdita delle più importanti caratteristiche tecnologiche. In particolare i materiali plastici sono sensibili all’azione della radiazione solare in relazione ad un’alterazione precoce del colore, delle proprietà ottiche e della resistenza meccanica

4. LA RADIAZIONE UV SULL' UOMO: FATTORI CHE LA INFLUENZANO
La quantità di radiazione ultravioletta alla quale gli esseri umani sono sottoposti varia in funzione di numerosi fattori: La stagione: la radiazione UV è massima nei mesi estivi, intermedia nei mesi autunnali e primaverili, minima nei mesi invernali. Ora del giorno: i più elevati valori di UV si registrano intorno al mezzogiorno solare, quando il sole è alto sull'orizzonte e quindi più sottile lo strato di atmosfera che i raggi solari devono attraversare. Copertura nuvolosa: la presenza di nuvolosità riveste un ruolo estremamente importante nel determinare la radiazione UV al suolo. L'attenuazione della radiazione UV al suolo è funzione dello spessore delle nubi.

Particolare attenzione è richiesta nelle giornate caratterizzate dalla presenza di nubi alte e sottili, durante le quali i raggi solari non vengono avvertiti come calore, ma posseggono ancora notevole potere abbronzante. Tipo di superficie: a parità di radiazione ultravioletta incidente, la permanenza su superfici altamente riflettenti provoca una conseguente maggiore esposizione ai raggi UV. Superfici ad elevato potere riflettente sono ad esempio la neve e la sabbia. Quota sul livello del mare: in montagna sono presenti livelli di radiazione UV superiori rispetto alle aree pianeggianti in conseguenza del più sottile strato di atmosfera sovrastante e della maggior purezza della stessa. Si stima che la radiazione ultravioletta aumenti del 6-7% ogni 1000 m di quota.

Latitudine: i massimi livelli di radiazione UV si riscontrano alle latitudini equatoriali. Tempo di esposizione: gli effetti della radiazione UV sull'uomo sono cumulativi in funzione del tempo di esposizione. Precauzioni adottate per difendersi dai raggi solari: uso di creme protettive, di capi di vestiario, di occhiali da sole provvisti di lenti anti-UV, evitare di esporsi al sole nelle ore centrali del giorno, ecc.  

5. INDICE-UV
Al fine di procedere alla diffusione di bollettini di previsione dei rischi da radiazione UV è stato formulato un opportuno indice (INDICE-UV) che esprime la pericolosità della radiazione solare, nel momento di massima intensità, ovvero intorno al mezzogiorno solare. Inizialmente sono stati impiegati svariati tipi di INDICE-UV, ma nel Luglio del 1994, durante un meeting organizzato dal WMO, sono stati fissati alcuni criteri base per la formulazione di questo indice.

Per la previsione dell’UV-Index sono stati messi a punto dei modelli meteorologici basati sulla conoscenza della colonna di ozono totale, della localizzazione geografica dell’area in esame (coordinate, altitudine), della nuvolosità prevista, ecc. Ogni unità di INDICE-UV corrisponde a 25 mWm-2 di radiazione UV misurata e riferita allo spettro di azione dell’eritema solare (McKinlay-Diffey, 1987). L’UV-index viene definito mediante una scala di pericolosità variabile da 0 a 12, essendo il valore 12 tipico per le ore centrali di giorni sereni nelle aree tropicali; ad ogni valore di INDICE-UV è, inoltre, possibile associare un tempo di esposizione ai raggi solari consigliato al fine di evitare danni da eritema.

6. COME VIENE CALCOLATO L’INDICE-UV
L’indice, da noi presentato, viene calcolato utilizzando dati di base del  "Deutscher Wetterdienst, Germany" principalmente sulla base dei livelli di ozono stratosferico previsti, di un modello che correla tali livelli alla radiazione UV incidente al suolo, della posizione geografica e della quota sul livello del mare delle varie località. La prima fase consiste nel calcolo dei livelli di ozono stratosferico previsti; la previsione dello spessore dello strato di ozono viene effettuata in base a correlazioni esistenti fra lo strato stesso e certi parametri meteorologici dell'atmosfera.

Sulla base dei livelli di ozono previsti si procede al calcolo della radiazione UV incidente al suolo nella banda 290-400 nm. Alla radiazione UV così calcolata viene applicata una opportuna funzione matematica al fine di convertirla in energia effettivamente efficace nello stimolare l’insorgenza dell’eritema solare (McKinlay-Diffey, 1987, Erythema Action Spectrum). Il valore così ottenuto dovrà essere corretto per la quota della località; si stima infatti che la radiazione UV aumenti di circa il 6% per Km di altitudine.

La radiazione UV prevista, espressa in mWatt/m2 viene convertita in INDICE-UV (l’unità di UV-index corrisponde a 25 mWatt/m2 di radiazione UV calcolata sulla base dello spettro di azione dell’eritema). Infine uno dei fattori più importanti nel determinare la radiazione UV incidente al suolo risulta essere il grado di copertura nuvolosa. La copertura nuvolosa viene prevista utilizzando il modello RAMS operativo al LaMMA. La nuvolosità prevista viene considerata nella stima dell'indice UV mediante opportuni coefficienti di attenuazione della radiazione ultravioletta.

7. COME PROTEGGERSI DALLA RADIAZIONE UV
E’ possibile trascorrere il tempo all’aria aperta, ricordandosi alcune semplici precauzioni. - Cercare di stare esposti al sole il minor tempo possibile evitando le ore centrali del giorno e comunque cercando di essere il più possibile riparati dalla radiazione solare mediante cappelli, abiti, occhiali da sole muniti di lenti anti-UV. - Particolarmente raccomandabile l'impiego di creme protettive, con fattore di protezione (SPF) non inferiore a 15, ricordandosi di riapplicarle frequentemente durante il giorno. Le suddette precauzioni sono da tenere particolarmente in considerazione nel caso dei bambini, estremamente suscettibili all’esposizione ai raggi solari. Ulteriori informazioni sono indicate nella parte relativa alla previsione dell'Indice UV.