capa de ozono
¿Que es la capa de ozono?
Primeros descubrimientos del ozono
¿Cómo se destruye?
¿Dónde se encuentra?
¿Cómo se mide el ozono?
¿En qué se mide el ozono?
¿Cómo suben los contaminantes?
¿Los contaminantes son causa natural o humana?
¿Que podemos hacer?
¿Por qué existe el agujero en la antártida?
¿Se extenderá el agujero al continente?
¿Cómo se regenera el ozono?
ESQUEMA DE EFECTOS DE LA REDUCCIÓN
DE LA CAPA DE OZONO
|
La capa de ozono se localiza en la estratósfera, aproximadamente de 15 a 50 Km. sobre la superficie del planeta. 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.
Primeros descubrimientos del 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
 |
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. |
| El ozono se encuentra mayoritariamente entre 10 y 50 kilómetros de
altura, en la estratósfera. Esta capa es conocida como la capa de ozono. Este
ozono de alta altura es muy beneficioso, ya que absorve la radiación UV. Sin la
existencia de esta capa la vida fuera de los océanos sería prácticamente imposible.
Pero también se encuentra ozono en menor medida entre la superficie terrestre y los 10
kilómetros de altura. Este ozono es el llamado ozono de nivel de suelo, en tanto, no
cumple ningún papel beneficioso. Más aún, debido a ser muy tóxico es un grave problema
para las grandes urbes que lo producen. Un lamentable ejemplo de esto es Santiago de
Chile. Fuente: World Meteorological Organization, Scientific Assessment of Ozone Depletion: 1994, WMO Global Ozone Research and Monitoring Project - Report No. 37, Geneva, 1995. |
La siguiente figura muestra la distrubución de ozono según altura:
Se aprecia el ozono superficial (ozono smog) y la gran capa sobre los 15 Km. que nos protege de la radiación UV.
|
Existe una técnica muy usada llamada Técnica de Absorción Diferencial.
La medición dei ozono total estratostérico por técnicas de absorción diferencial (AD) se basa en mediciones de la irradiancia solar que llega a la superficie terrestre a dos longitudes de onda próximas. Estas longitudes de onda se eligen de suerte tal que la atenuación debida al ozono sea muy diferente para ambas En concreto. se toman lambdaonoff=315 nanómetros, en donde la sección eficaz de absorción del ozono es varias veces superior en lambdaon comparado con lambdaoff. Además, en esta región del espectro la atenuación de la irradiancia solar debida a otros componentes atmosféricos es muy parecida; por lo tanto, el cociente entre la irradiancia de una longitud de onda y la irradiancia a otra longitud de onda nos da el valor de la cantidad de ozono total. Si denominamos Ilambda a la irradiancia solar que llega a nivel terrestre para una cierta longitud de onda lambda, después de atravesar una longitud L de atmósfera, su valor vendrá dado por la expresión :
en donde Io lambda es la irradiancia solar fuera de la atmósfera, Kab lambda es el coeficiente de extinción debido a absorción de componentes atmosféricos, kA lambda el coeficiente de extinción debido a dispersión Rayleigh, y kM lambda el coeficiente de extinción por dispersión Mie. El coeficiente de extinción Kab lambda incluye la absorción por vapor de agua (kva lambda). ozono (ko lambda) y otros gases (kg lambda) como N2, 02, CO2, etc. En longitudes de onda lambdaon y lambdaoff los coeficientes para dispersión Rayleigh y Mie son casi iguales : kA lambda on = kA lambda off, kM lambda on = kM lambda off, siendo además en esta zona del espectro las absorciones de los componentes atmosféricos, exceptuando el ozono, prácticamente nulas : kva lambda= O, kg lambda. La atenuación de la luz solar en esta región espectral se debe, pues, a la absorción de ozono estratosférico, y como además la absorción a lambdaon=300 nm es siete veces superior a la longitud de onda de lambdaoff=315 nm, se considerará que ko lambda on=7ko lambda off. Por tanto el cociente de intensidades a lambdaon y a lambdaoff vendrá dado por :
Si expresamos el coeficiente de absorción ko lambda en función de la concentración de ozono N y de su sección eficaz de absorción T, la expresión anterior toma la forma :
en función de la masa de aire relativa mr
donde ahora D es el espesor medio de la capa de ozono y N su concentración media. El factor mr incluye correcciones por efectos de la hora solar, día del año y latitud. Así pues, una medición de Ilambda on e llambda off proporciona un valor de la columna de ozono.
Experimentalmente los medidores dan un valor M(lambda) = ß(lambda)/lambda, en donde P(lambda) incluye las eficiencias del sistema de detección para cada longitud de onda. Trabajando a longitudes de onda próximas ß(lambdaon=ß(lambdaoff de forma que la relación experimental M(lambdaon / M(lambdaoff dará una medida directa del cociente de irradiancias I(lambdaon / I(lambdaoff).
1. Espectro de Asorción de la molécula de ozono en el margen 180-320 nanómetros. Las flechas indican las longitudes de onda a las cuales se realizan medidas de absorción diferencial: se eligen a lambdaon=300 nanómetros y lambdaoff=315 nanómetros, en donde la sección eficaz de absorción del ozono es varias veces superior en lambdaon comparado con lambdaoff
El ozono es un gas muy fundamental, pero también extremadamente raro en la atmósfera, ya que existe una relación de 3 moléculas de ozono por cada 10 millones de moléculas de aire.
Las más antiguas y las numerosas medidas de ozono atmosférico son las de cantidad total, que corresponde a todo el ozono contenido en una columna vertical que se extiende desde la superficie terrestre hasta el límite superior de la atmósfera. Se expresa en términos de espesor de la capa de ozono puro que resultaría si todo el ozono fuera llevado a condiciones normales de presión y temperatura en la sección transversal de la columna.
La unidad de medida es el DOBSON (U.D.), corresponde a una centésima parte de un milímetro en el espesor de la capa.. Mil Unidades Dobson equivalen a una columna uniforme de ozono de un centímetro de espesor en condiciones normales de presión (1atm o nivel del mar) y temperatura (273K o cero grados Celsius).
Hay que precisar que siempre hay que tener en cuenta la época y el lugar para decidir si los niveles de ozono que se están midiendo corresponden a niveles altos o bajos. La capa de ozono varía según época y lugar geográfico en que uno se encuentra.
A modo de ejemplo se ilustran 300 [UD] que equivalen a 3 milímetros: |
|
 |
Este gráfico corresponde a la distribución promedio de ozono total en el mundo, elaborado por la Organización Mundial de Meteorología con los datos de medida en tierra y datos de satélites |
Distribución Vertical
Una segunda forma de medir el ozono, es determinando la distribución de ozono en la
vertical de la atmósfera mediante lanzamientos de globos con sensores que van midiendo la
presión parcial de ozono a diferentes niveles de altura. La unidad de presión se da en
milipascales (mP).
El siguiente gráfico presenta los resultados obtenidos de lanzamientos con globos meteorológicos y presenta el perfil vertical de distribución de ozono a diferentes alturas.
Ozono Superficial
La tercera forma de medir ozono es determinando su concentración sobre superficie y
corresponde al denominado Ozono Troposférico y se mide en parte por billón (ppb).
El ozono en superfície es nocivo para la salud humana y es uno de los gases con efecto invernadero que influye en el sobre calentamiento de la superficie terrestre.
¿Cómo suben los contaminantes?
Aunque las moléculas de CFC son varias veces más pesadas que el aire, miles de mediciones hechas mediante globos, aviones y satélites han demostrado que los CFCs se encuentran en la atmósfera hoy en día. Hay que considerar que la atmósfera no está quieta, sino que los vientos la revuelven constantemente antes que las partículas pesadas puedan "decantar" y llegar a la superficie. Particularmente los CFCs que son insolubles en el agua y muy estables en la baja atmósfera (debajo de los 10 Km.) llegan a la alta atmósfera en donde se encuentra el ozono.
El siguiente gráfico muestra las mediciones de CFC-11 y CF4 v/s altura:
Fuente: World Meteorological Organization, Scientific Assessment of Ozone Depletion: 1994, WMO Global Ozone Research and Monitoring Project - Report No. 37, Geneva, 1995.
¿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.
Existen muchos compuestos naturales sobre la superficie terrestre que contienen cloro, pero ellos son solubles en agua, por lo que no pueden alcanzar la estratósfera. Grandes cantidades de cloro (en forma de cloruro de sodio) son evaporadas de los océanos, pero son solubles en agua por lo que son atrapados por las nubes y vuelven a bajar en gotas de agua, nieve o hielo. Otra fuente de de cloro es el de las piscinas, pero este cloro también es soluble en agua. El cloruro de hidrógeno, producto de las las erupciones volcánicas es un claro ejemplo de un contaminante natural, pero este cloro es convertido en ácido clorhídrico, el cual es soluble en agua por lo que no alcanza la estratósfera.
En cambio, halocarbonos hechos por el hombre, como los CFCs, tetracloruro de carbono (CCI4) y metil cloroformo (CH·CCI3) no son solubles en el agua, por lo que no caen con la lluvia o nieve y alcanzan la estratósfera.
El siguiente gráfico muestra la relación de las fuentes escenciales de cloro en la estratósefra:
¿Por qué existe el agujero en la antártida?
Es un hecho que los contaminantes, como los CFC se producen mayoritariamente en el hemisferio norte. El 90% es liberado en Europa, Rusia, Japón y EEUU. Los CFC suben luego hacia la estratósfera en las latitudes tropicales debido a los vientos. En seguida estos contaminantes son trasladados mediante vientos hacia ambos polos. Así la estratósfera contiene aproximadamente un contenido homogéneo de cloro sobre todas las latitudes. Pero ambos polos tienen una meteorología muy diferente debido a su distinta superficie terrestre. El polo Sur tiene grandes extensiones de tierra, las cuales están rodeadas de mar. Estas condiciones producen bajas temperaturas en la estratósfera, lo que crea nubes polares estratosféricas. Finalmente estas nubes crean un ambiente químico propicio para la destrucción de ozono en la época de Primavera Austral, que se extiende entre septiembre hasta diciembre cada año.
En el polo Norte Las temperaturas estratosféricas son más elevadas, por lo que no se forman tantas nubes y la destrucción de ozono es mucho menor.
¿Aumento de la radiación UV con la falta de ozono
El sol emite una gran cantidad de energía y un 2% corresponde a la radiación ultravioleta (UV). Una banda específica (la UV-B) es causante de quemaduras, cáncer a la piel, y daños a los ojos. La cantidad de radiación UV que llega a la superficie de la tierra en un lugar dado depende de la posición del sol, la cantidad de ozono y las posibles nubes y polución que se encuentre en el lugar. Científicos concuerdan en que en ausencia de polución y nubes, el decrecimiento de ozono aumenta la radiación ultravioleta. Las mayores bajas en el ozono observadas sobre el continente Antártico, especialmente en septiembre y octubre han servido como evidencia de la relación entre radiación UV y los niveles de ozono. Además durante los últimos años se han realizado mediciones simultáneas de UV y ozono, lo que ha demostrado fehacientemente tal relación.
Todos podemos ayudar a preservar el ozono en nuestra atmósfera.
Respecto al ozono de alta altura:
Acerca de los sprays también se pueden ocupar 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:
¿Se extenderá el agujero al continente?
Para detectar si el agujero se extiende hasta el continente hay que definir primero cuánto ozono (medido en Unidades Dobson) se considera como un agujero. Es comunmente aceptado para el continente Sudamericano considerar una columna de ozono inferior a 220 UD para tal efecto. Ahora bien, estos niveles se han registrado algunos días del año en el extremo sur de Chile, como por ejemplo en Punta Arenas. Esto se produce en la "temporada", entre septiembre y noviembre, cuando se crea el agujero en la Antártica.
El siguiente gráfico muestra las mínimas mensuales sobre Punta Arenas desde el año 1978 an adelante:
Finalmente hay que considerar que las bajas de ozono sobre el continente no sólo se deben a una extensión del Agujero Antártico, sino que también a los llamados "microagujeros", como ocurrió el mes de mayo último.
La verdad es que el ozono no debe viajar hacia la estratósfera, ya que se forma allí. El ozono es un compuesto inestable, que no puede viajar largas distancias, ya que reacciona facilmente.
La producción de ozono ocurre principalmente a través de la fotólisis de oxígeno molecular. Existe una disociación molecular de oxígeno (O2) en átomos simples de este (O). Este proceso es producido por la radiación de onda corta de luz ultravioleta (UV). Luego, estos átomos simples (O) al unirse con una molécula de oxígeno (O2) forman ozono (O3).
La regeneración del ozono es muy importante, sin la cual el Agujero Antártico no sería un fenómeno cíclico. Gracias a la formación de ozono, los niveles sobre la Antártica se normalizan entre fines de diciembre y fines de julio.
ESQUEMA DE EFECTOS DE LA REDUCCIÓN DE LA CAPA DE OZONO
