Agotamiento del ozono: fenómeno atmosférico.

Agotamiento de la capa de ozono, adelgazamiento gradual de la capa de ozono de la Tierra en la atmósfera superior causado por la liberación de compuestos químicos que contienen cloro o bromo gaseosos provenientes de la industria y otras actividades humanas. El adelgazamiento es más pronunciado en las regiones polares, especialmente sobre la Antártida. El agotamiento del ozono es un problema ambiental importante porque aumenta la cantidad de radiación ultravioleta (UV) que llega a la superficie de la Tierra, lo que aumenta la tasa de cáncer de piel, cataratas oculares y daños genéticos y al sistema inmunológico. El Protocolo de Montreal, ratificado en 1987, fue el primero de varios acuerdos internacionales integrales promulgados para detener la producción y el uso de sustancias químicas que agotan la capa de ozono. Como resultado de la continua cooperación internacional en esta cuestión, se espera que la capa de ozono se recupere con el tiempo.

Historia

En 1969, el químico holandés Paul Crutzen publicó un artículo que describía el principal ciclo catalítico del óxido de nitrógeno que afecta los niveles de ozono. Crutzen demostró que los óxidos de nitrógeno pueden reaccionar con átomos de oxígeno libres, retardando así la creación de ozono (O3), y también pueden descomponer el ozono en dióxido de nitrógeno (NO2) y oxígeno gaseoso (O2). Algunos científicos y ambientalistas de la década de 1970 utilizaron la investigación de Crutzen para respaldar su argumento contra la creación de una flota de transportes supersónicos (SST) estadounidenses. Temían que la posible emisión de óxidos de nitrógeno y vapor de agua de estos aviones dañara la capa de ozono. (Las SST fueron diseñadas para volar a altitudes coincidentes con la capa de ozono, entre 15 y 35 km [9 a 22 millas] sobre la superficie de la Tierra). En realidad, el programa SST estadounidense fue cancelado y sólo un pequeño número de Concordes franco-británicos y los Tu-144 soviéticos entraron en servicio, por lo que se descubrió que los efectos de las TSM sobre la capa de ozono eran insignificantes para el número de aviones en operación.

Sin embargo, en 1974, los químicos estadounidenses Mario Molina y F. Sherwood Rowland, de la Universidad de California en Irvine, reconocieron que los clorofluorocarbonos (CFC) producidos por el hombre (moléculas que contienen sólo átomos de carbono, flúor y cloro) podrían ser una fuente importante de cloro en la atmósfera. la estratosfera. También observaron que el cloro podría destruir grandes cantidades de ozono después de que éste fuera liberado de los CFC por la radiación ultravioleta. Los átomos de cloro libre y los gases que contienen cloro, como el monóxido de cloro (ClO), podrían romper las moléculas de ozono eliminando uno de los tres átomos de oxígeno. Investigaciones posteriores revelaron que el bromo y ciertos compuestos que lo contienen, como el monóxido de bromo (BrO), eran incluso más eficaces para destruir el ozono que el cloro y sus compuestos reactivos. Las mediciones de laboratorio posteriores, las mediciones atmosféricas y los estudios de modelización atmosférica pronto corroboraron la importancia de sus hallazgos. Crutzen, Molina y Rowland recibieron el Premio Nobel de Química en 1995 por sus esfuerzos.

Las actividades humanas han tenido un efecto significativo en la concentración y distribución global del ozono estratosférico desde antes de la década de 1980. Además, los científicos han observado que grandes disminuciones anuales en las concentraciones promedio de ozono comenzaron a ocurrir al menos en 1980. Las mediciones realizadas desde satélites, aviones, sensores terrestres y otros instrumentos indican que los niveles totales integrados de la columna de ozono (es decir, el número de moléculas de ozono que se encuentran por metro cuadrado en columnas de aire muestreadas) disminuyó globalmente en aproximadamente un 5 por ciento entre 1970 y mediados de los años 1990, con pocos cambios después. Las mayores disminuciones de ozono tuvieron lugar en las latitudes altas (hacia los polos) y las menores disminuciones ocurrieron en las latitudes más bajas (los trópicos). Además, las mediciones atmosféricas muestran que el agotamiento de la capa de ozono aumentó la cantidad de radiación ultravioleta que llega a la superficie de la Tierra.

Esta disminución global del ozono estratosférico está bien correlacionada con los crecientes niveles de cloro y bromo en la estratosfera debido a la fabricación y liberación de CFC y otros halocarbonos. Los halocarbonos se producen en la industria para una variedad de usos, como refrigerantes (en refrigeradores, acondicionadores de aire y enfriadores grandes), propulsores para latas de aerosol, agentes espumantes para fabricar espumas plásticas, agentes contra incendios y solventes para limpieza en seco y desengrasado. Las mediciones atmosféricas han corroborado claramente los estudios teóricos que muestran que el cloro y el bromo liberados por los halocarbonos en la estratosfera reaccionan con el ozono y lo destruyen.

Agujero de ozono en la Antártida

El caso más grave de agotamiento de la capa de ozono se documentó por primera vez en 1985 en un artículo de los científicos del British Antártida Survey (BAS), Joseph C. Farman, Brian G. Gardiner y Jonathan D. Shanklin. Desde finales del decenio de 1970, se ha observado en la primavera (septiembre a noviembre) sobre la Antártida una disminución grande y rápida del ozono total, a menudo de más del 60 por ciento en relación con el promedio mundial. Farman y sus colegas documentaron por primera vez este fenómeno en su estación BAS en Halley Bay, Antártida. Sus análisis atrajeron la atención de la comunidad científica, que encontró que estas disminuciones en la columna total de ozono eran superiores al 50 por ciento en comparación con los valores históricos observados tanto con técnicas terrestres como satelitales.

Como resultado del artículo de Farman, surgieron varias hipótesis que intentaban explicar el “agujero de ozono” de la Antártida. Inicialmente se propuso que la disminución del ozono podría explicarse por el ciclo catalítico del cloro, en el que los átomos individuales de cloro y sus compuestos eliminan los átomos individuales de oxígeno de las moléculas de ozono. Como se produjo una pérdida de ozono mayor de la que podría explicarse por el suministro de cloro reactivo disponible en las regiones polares mediante procesos conocidos en aquel momento, surgieron otras hipótesis. Una campaña especial de medición realizada por la Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio (NASA) y la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica (NOAA) en 1987, así como mediciones posteriores, demostraron que la química del cloro y el bromo eran efectivamente responsables del agujero de la capa de ozono, pero de Otra razón: el agujero parecía ser producto de reacciones químicas que ocurren en las partículas que forman las nubes estratosféricas polares (PSC) en la estratosfera inferior.

Durante el invierno, el aire sobre la Antártida se vuelve extremadamente frío como resultado de la falta de luz solar y de una mezcla reducida del aire de la estratosfera inferior sobre la Antártida con el aire fuera de la región. Esta mezcla reducida es causada por el vórtice circumpolar, también llamado vórtice polar invernal. Limitado por un chorro de viento estratosférico que circula entre aproximadamente 50° y 65° S, el aire sobre la Antártida y sus mares adyacentes está efectivamente aislado del aire fuera de la región. Las temperaturas extremadamente frías dentro del vórtice conducen a la formación de PSC, que se producen en altitudes de aproximadamente 12 a 22 km (alrededor de 7 a 14 millas). Las reacciones químicas que tienen lugar en las partículas de PSC convierten moléculas que contienen cloro menos reactivas en formas más reactivas, como el cloro molecular (Cl2), que se acumula durante la noche polar. (Los compuestos de bromo y los óxidos de nitrógeno también pueden reaccionar con estas partículas de nubes). Cuando el día regresa a la Antártida a principios de la primavera, la luz del sol rompe el cloro molecular en átomos de cloro individuales que pueden reaccionar con el ozono y destruirlo. La destrucción del ozono continúa hasta la ruptura del vórtice polar, que suele tener lugar en noviembre.

También se forma un vórtice invernal polar en el hemisferio norte. Sin embargo, en general no es ni tan fuerte ni tan frío como el que se forma en la Antártida. Aunque se pueden formar nubes estratosféricas polares en el Ártico, rara vez duran lo suficiente como para provocar una disminución importante del ozono. Se han medido disminuciones del ozono del Ártico de hasta un 40 por ciento. Este adelgazamiento suele ocurrir durante años en los que las temperaturas de la estratosfera más baja en el vórtice ártico han sido lo suficientemente bajas como para provocar procesos de destrucción de la capa de ozono similares a los que se encuentran en el agujero de ozono de la Antártida. Al igual que en la Antártida, se han medido grandes aumentos en las concentraciones de cloro reactivo en las regiones árticas donde se producen altos niveles de destrucción de ozono.