¿Qué es la Capa de Ozono?
La capa de ozono consiste en una barrera formada por el gas, que se encuentra prácticamente en un 95% en la estratósfera, la capa mide aproximádamente de 15 a 50 Km. sobre la superficie del planeta. La presencia del ozono en una columna atmosférica es realmente pequeña; si todo el ozono de la atmósfera estuviera repartido uniformemente sobre la superficie del mar, tan sólo formaría una capa de tres milímetros. A pesar de esta pequeña cantidad, es suficiente para interceptar la radiación solar transformándola posteriormente en calor, dando origen a la llamada capa cálida, escudo natural que protege al hombre, animales y plantas, de un exceso de radiación de onda corta o ultravioleta. El ozono es un compuesto inestable de tres átomos de oxígeno, el cual actúa como un potente filtro solar evitando el paso de una pequeña parte de la radiación ultravioleta (UV) llamada B que se extiende desde los 280 hasta los 320 nanometros (nm).
La rediación UV-B puede producir daño en los seres vivos, dependiendo de su intensidad y
tiempo de exposición; estos daños pueden abarcar desde eritemas a la piel, conjuntivitis
y deterioro en el sistema de defensas, hasta llegar a afectar el crecimiento de las
plantas y dañando el fitoplancton, con las con las posteriores consecuencias que esto
ocasiona para el normal desarrollo de la fauna marina.
Hoy se ha demostrado que la aparición del agujero de ozono, a comienzos de la primavera
austral, sobre la Antártida está relacionado con la fotoquímica de los
Clorofluorocarbonos (CFCs), componentes químicos presentes en diversos productos
comerciales como el freón, aerosoles, pinturas, etc.
El ozono (O3) es un estado alotrópico del oxígeno en el que su molécula, que es la forma estable de presentarse en la naturaleza, se compone de tres átomos. La radiación ultravioleta rompe con gran facilidad la molécula de oxígeno (O2) cuando un fotón incide sobre ella dejando libres dos átomos, que al ser inestables tienen un poder altamente reactivo. Así, al no poder permanecer en solitario, lo átomos de oxígeno tienden a combinarse inmediatamente con las moléculas de su mismo elemento, muy abundante en la estratosfera. El resultado es una molécula de ozono (O+O2 = O3).
Pero a la vez que se crean moléculas de ozono, los rayos ultravioleta siguen destruyendo otras, rompiendo los enlaces entre los tres átomos y formando, por cada dos moléculas de ozono, tres de oxígeno. En el supuesto de que no intervengan otras causas, el resultado debería ser que la concentración de ozono alcance un régimen estacionario dinámico, en el cual el grado de formación sea igual al de destrucción. Este mecanismo autorregulado ha permanecido inalterado en el curso de millones de años, procurándonos oxígeno para la vida terrestre y defendiéndonos de la agresión de la luz ultravioleta. Desgraciadamente, este proceso natural se quiebra por culpa de los CFC y otros productos utilizados en aerosoles, frigoríficos, aparatos de aire acondicionado, que tienen la particularidad de atacar la capa de ozono.
El poder protector del Ozono
El ozono existente en las altas capas de la atmósfera impide que penetren los rayos ultravioleta del Sol, además de otros rayos cósmicos, formando un escudo y evitando que las altas temperaturas y otros efectos indirectos hagan imposible la vida. La disminución del ozono atmosférico implica un aumento de las radiaciones ultravioleta, particularmente peligroso en el caso de las radiaciones UV-B. Los efectos más inmediatos de este incremento sobre las personas son el desarrollo de diversos tipos de cáncer de piel, incluyendo melanomas y el aumento de afecciones oculares. Otros riesgos probables derivados de una mayor irradiación, son la merma de las defensas inmunológicas ante las infecciones en personas y animales, y el posible daño sobre eslabones básicos de la cadena alimentaria, como el fitoplancton (plantas unicelulares) y el krill marinos (muy abundante en la Antártida), o determinadas plantas que se cosechan en diversas partes del mundo. Todos estos efectos se producirán, probablemente, antes en la Antártida y en el hemisferio sur, donde el vaciado de ozono es neto desde hace años durante las primaveras antárticas.
A medio y largo plazo, el aumento de la radiación ultravioleta puede afectar también al sistema climático terrestre. Las reacciones de descomposición química que se producen cuando el ozono intercepta a los rayos ultravioleta provocan el calentamiento de las zonas donde este gas abunda. Ello da lugar a corrientes de aire que configuran unas pautas de circulación de vientos, como es el caso de los torbellinos. Si el ozono disminuye, el calentamiento del aire amasado por un torbellino polar por la luz del sol se hace más lento, por lo que el vórtice tarda más en descomponerse.
¿Cómo se destruye la capa de Ozono?
La forma por la cual se destruye el ozono es
bastante sencilla. La radiación UV arranca el cloro de una molécula de
clorofluorocarbono (CFC). Este átomo de cloro, al combinarse con una molécula de ozono
la destruye, para luego combinarse con otras moléculas de ozono y eliminarlas.
El proceso es altamente dañino, ya que en promedio un átomo de cloro es capaz de
destruir hasta 100.000 moléculas de ozono. Este proceso se detiene finalmente cuando este
átomo de cloro se mezcla con algún compuesto químico que lo neutraliza.
Impacto de la radiación UV-B sobre las personas
El incremento de la radiación UV-B:
Inicia y
promueve el cáncer a la piel maligno y no maligno.
Daña el sistema inmunológico, exponiendo a la persona a la
acción de varias bacterias y virus.
Provoca daño a los ojos, incluyendo cataratas.
Hace más severas las quemaduras del sol y avejentan la piel.
Aumenta el riesgo de dermatitis alérgica y tóxica.
Activa ciertas enfermedades por bacterias y virus.
Aumentan los costos de salud.
Impacta principalmente a la población indígena.
Reduce el rendimiento de las cosechas.
Reduce el rendimiento de la industria pesquera.
Daña materiales y equipamiento que están al aire libre.
Los contaminantes, ¿son causa natural o humana? La pregunta más específica aquí es si el cloro en la
estratósfera proviene mayoritariamente por acción del hombre o la naturaleza. ¿Qué podemos hacer nosotros? Respecto al ozono de gran altura: Acerca de los sprays también se pueden comprar productos que funcionan con bombilla, los cuales no contienen químicos para propulsar el producto y por lo tanto son menos dañinos para nuestra atmósfera. Respecto al ozono de nivel del suelo:
Primeros descubrimientos sobre el agujero de ozono Los primeros datos sobre el comienzo de un deterioro de la capa de ozono se remontan al año 1982, cuando los valores sobre la columna de ozono obtenidos por la estación japonesa Syowa en la Antártida (69S, 39E) se dan a conocer. Los niveles de la columna de ozono registrados desde el año 1964 indicaban que a partir del año 1975 esta presentaba un claro deterioro. Resultados similares se publicaron posteriormente en otras estaciones ubicadas en el continente Antártico, coincidiendo en todas ellas que el deterioro comenzó en la década de los 70. Este daño de la capa de ozono registrado en la Antártida aparecía en todas las estaciones al comienzo de la primavera Austral y tenía en aquellos años una corta duración y una rápida recuperación. Todo esto llevó a una alarma en la comunidad mundial, pues sus concecuencias, de no frenarse el proceso, podían ser de un alcance importante. Años después de la publicación del deterioro de la capa de ozono sobre el continente Antártico, tuvo lugar un hecho fundamental para el entendimiento posterior del fenómeno denominado Agujero de Ozono. El científico inglés J. Lovelock tenía el proyecto de investigar la dinámica de la alta atmósfera, para lo cual buscó compuestos químicos que fueran enviados periódicamente a la atmósfera y que tuvieran una larga vida antes de descomponerse. Siguiendo la pista de estos elementos podría conocerse cuáles eran las corrientes que los llevaron del lugar de uso hasta el punto de destino. Había entonces que elegir esos compuestos que servirían de marcadores, tenían que ser consumidos en cierta cantidad y tener una larga vida, para así poder ser seguidos durante su posible largo recorrido. Lovelock encontró sus marcadores ideales en los Clorofluorocarbonos (CFCs), compuestos sintéticos sobre los años 20 y que eran, y son hoy en día, utilizados en aplicaciones muy comunes como pulverizadores y disolventes, así como por las industrias del frío y de los aislantes térmicos. Con sorpresa encontró, siguiendo la huella de estos compuestos una inesperada y alta concentración de los mismos en el continente Antártico. La alta estabilidad de los compuestos CFCs aseguraba en principio un papel inofensivo de los mismos, por ello se han ocupado en tantas aplicaciones. Sin embargo en 1972 Molina y Rowland llamaron la atención de que el desprendimiento de cloro de estos compuestos al ser expuestos a la radiación UV, producía una destrucción del ozono. |
El ozono es una molécula muy inestable que se encuentra distribuida en la atmósfera de la Tierra, especialmente se concentra a una altura de 48 km. Dependiendo de dónde resida el ozono puede ser benéfico para la vida en el planeta o puede ser nocivo para todos.
Cuando está a una altura de 24 km, el ozono se convierte en un escudo protector de los rayos provenientes del sol, pero a una altura menor, se convierte en un contaminante dañino para los tejidos animales y vegetales.
El ozono es una forma de oxígeno.
El oxígeno se presenta en tres diferentes formas:
En la atmósfera como átomos de oxígeno (O): El oxígeno atómico (O) es la forma más simple de oxígeno. Los átomos existen como unidades separadas. La mayoría de este oxígeno se encuentra en la atmósfera más alta.
Como moléculas de oxígeno (O2): El oxígeno molecular (O2) contiene dos átomos de oxígeno que están unidos. Es la forma natural del oxígeno y existe en la baja atmósfera.
Como ozono (O3): El ozono (O3) son moléculas que contienen tres átomos de oxígeno unidos todos juntos. Se crea en la estratosfera donde los rayos solares de energía golpean a las moléculas de O2 y causan que la molécula se rompa y se parta.
Si uno de los átomos se encuentra con otro O2 se
une con el formando ozono (O3). El ozono es también roto naturalmente en la estratosfera.
En la atmósfera, el ozono es roto por las emisones solares y por reacciones químicas con
varios componentes conteniendo mitrógeno, hidrógeno y cloro. Estos elementos químicos
se encuentran en pequeñas cantidades en la atmósfera. Así la concentración total del
ozono se mantiene constante siempre.
En los 60's después de algunas pruebas, los científicos encontraron que algunos compuestos dañaban la capa. Desde esos tiempos comenzó la preocupación por este problema. En 1974 los doctores F. Sherwook Rowland y Mario Molina, hicieron una hipótesis donde los CFCs (clorofluorocarbonos: compuestos del flúor) eran capaces de permanecer en la atmósfera y de diseminarse hacia la estratósfera fácilmente. Así en 1985 el agujero en la capa galvanizó el interés de científicos y de más población en todo el mundo.
Durante varios años, a partir de finales de la década de 1970, investigadores que trabajaban en la Antártida detectaron una pérdida periódica de ozono en las capas superiores de la atmósfera por encima del continente. El llamado agujero de la capa de ozono aparece durante la primavera antártica, y dura varios meses antes de cerrarse de nuevo. Otros estudios, realizados mediante globos de gran altura y satélites meteorológicos, indican que el porcentaje global de ozono en la capa de ozono de la Antártida está descendiendo. Vuelos realizados sobre las regiones del Ártico, descubrieron que en ellas se gesta un problema similar.
El adelgazamiento en la capa de ozono ocurre cuando
el balance natural entre la producción y la
destrucción estratosférico tiende hacia la destrucción. Aun cuando los procesos
naturales pueden causar una pérdida temporal de ozono, el cloro y bromo emitido y
liberado de muchos compuestos sintéticos es ahora la mayor causa de la pérdida de ozono
en la estratósfera en todo el mundo desde 1980.
El término "agujero" se refiere a una grande y rápida pérdida de moléculas de ozono. En la antártida el agujero se hace visible durante los meses de septiembre a noviembre (primavera antártica) y esto ha sido causado por un 40% menos en los niveles de ozono durante los 70's y se ha observado tanto como un 60% de pérdida a finales de los 80's. En 1992, este fenómeno fue peor en el hemisferio sur pues el agujero había crecido y se presentó antes de lo previsto. Las mediciones realizadas arrojaron los resultados más bajos de los últimos 35 años alcanzando sólo 105 UD (Unidades Dobson) y entre los 13 y 18 km. el ozono se había destruido completamente.
Nueva Zelanda, Australia, y Sudamérica se han visto afectadas por el agujero en la capa de ozono. Entre 1979 y 1991 las cantidades de ozono total en la tierra han descendido un 3%. En el hemisferio norte, el adelgazamiento de la capa es mayor durante el invierno y a principios de primavera. En 1993, la capa sobre Canadá estuvo un 14% abajo de lo normal durante los meses de enero a abril.
Los culpables de la destrucción de la capa de ozono son las emisiones de CFC (compuestos químicos formados por cloro, flúor y carbono), halones, óxidos de nitrógeno y otros compuestos utilizados a escala industrial. Los mas peligrosos son los CFC, empleados en cientos de productos de la vida desarrollada: aerosoles, frigoríficos, gomaespuma, etc. Estos halocarburos se utilizan en sustitución del amoniaco, por ser productos industriales de gran estabilidad y escasa reactividad química. Los efectos de utilizar productos que llevan en su composición clorofluorcarbonos (CFC) reside en las reacciones, fundamentalmente del cloro, con el ozono de las capas mas altas de la atmósfera, este gas nos sirve de escudo para que los rayos ultravioleta del Sol y otros rayos cósmicos no nos abrasen. Al alcanzar los CFC las zonas más altas de la atmósfera, por encima de los 20 kilómetros, donde la concentración de ozono es máxima, se inicia la reacción. Los átomos de cloro (CL), que es el elemento más reactivo de los CFC, arrebata al ozono uno de sus átomos. Como resultado se forma una nueva molécula de monóxido de cloro (CLO) y otra de oxígeno. Esta última ya no es capaz de detener los rayos ultravioleta, que llegan finalmente hasta la superficie de la Tierra. La molécula de monóxido, a su vez, captura un átomo libre de oxígeno procedente de la ruptura de una molécula del mismo elemento (O2) por la radiación ultravioleta. En esta reacción se vuelve a formar una nueva molécula de oxígeno, quedando libre el átomo de cloro, el cual iniciará nuevamente el ciclo de reacción con el ozono.
Los químicos industriales que contienen cloro y bromo son los principales causantes del adelgazamiento en la antártida, pero otros factores incluyendo la geografía, temperatura, luz y viento han contribuido a su desarrollo.
Durante los crudos inviernos antárticos, fuertes vientos estratosféricos se mueven circularmente creando o permitiendo la formación de nubes de hielo conocidas como nubes polares estratosféricas. Estas nubes son la superfice donde las reacciones químicas se realizan. Cuando el sol sale en agosto, la radiación UV hace reacción con el cloro y bromo, se destruye el ozono. Cuando el calor primaveral disipa estas nubes heladas, permite que el aire rico con ozono se mezcle con el aire sin ozono dando como resultado una pérdida de ozono estratosférico en el área.
Las emisiones de clorofluorocarbonos son los actores principales, pues sólo ellos han acabado con el 80% del ozono perdido.
Otras actividades humanas incluyendo la deforestación, el uso de algunos fertilizantes, y la combustión de gasolinas fósiles producen sustancias que juegan un papel menor pero también dañino en la destrucción de la capa de ozono.
Los halocarbones industriales son destructores de ozono tan efectivos por dos razones:
La primera es porque son capaces de flotar en la atmósfera por largos periodos de tiempo (de 20 a 120 años), suficientes para subir a la estratosfera. La segunda es porque ayudan y catalizan las reacciónes naturales que destruyen el ozono.
Una vez que alcanzan la estratosfera, la radiación UV-C rompe las moléculas de CFC, Tetracloruro de Carbono, ...etc, en moléculas de cloro que a su vez rompen las moléculas de ozono (O3) para unirse con los oxígenos. Así estos átomos de cloro y bromo que activan la destrucción del ozono, no se alteran después de esas reacciones así que un solo átomo de cloro puede destruir hasta 100,000 moléculas de ozono antes de quedar como un compuesto estable que se pierde en la atmósfera.
Cada químico actúa de forma diferente, el bromo es más potente destructor de ozono que el cloro porque es capaz de formar menos compuestos estables por lo que se rompe y sigue en su acción destructiva que es 40 veces más potente que el cloro. Este número es el ODP que es el potencial que tiene un kilo de el compuesto u átomo para destruir ozono en un tiempo específico.
El cloro en estado natural se encuentra en la estratósfera en una concentración de una parte por billón, pero la cantidad de cloro en la estratósfera ha aumentado un 1.5 ppbv en 1970, un 2.5ppbv (parte por billón) y un 3.6 en 1991, se espera una aumento de 4.1 para el año 2000.
