Sepa qué es, cuáles son los gases que impactan y cuándo debe regenerarse la capa de ozono
¿Qué es la capa de ozono? Esta es una pregunta muy importante para cualquier persona preocupada por la salud del planeta Tierra y, en consecuencia, la nuestra. Pero para responder primero, debe comprender cómo funcionan algunos procesos básicos en la atmósfera.
Uno de los principales problemas ambientales asociados con la química y la contaminación del aire es el agotamiento (o degradación) de la capa de ozono. Debes haber oído hablar de esto. La capa de ozono, como su nombre lo indica, es una capa de la atmósfera terrestre que tiene altas concentraciones de ozono (O3). La concentración más alta se encuentra en la estratosfera, a unos 20 a 25 km de la superficie de la Tierra. El pico de estas concentraciones se encuentra en las latitudes altas (polos) y el más bajo ocurre en las regiones tropicales (aunque la tasa de producción de O3 es mayor en los trópicos).
Como ya se ha dicho en nuestro artículo "Ozono: ¿villano o buen chico?", Este gas puede ser a la vez sumamente importante y esencial para la vida en la Tierra, además de un contaminante altamente tóxico. Todo depende de la capa atmosférica en la que se encuentre. En la troposfera, es un villano. En la estratosfera, un buen tipo. En este tema vamos a hablar del ozono estratosférico, señalando sus funciones, su importancia, cómo se ha degradado y cómo evitar que esto suceda.
Funciones
El ozono estratosférico (el bueno) se encarga de filtrar la radiación solar en algunas longitudes de onda (absorbe toda la radiación ultravioleta B, denominada UV-B y una parte de otros tipos de radiación) capaz de provocar ciertos tipos de cáncer, siendo uno de lo peor es el melanoma. También tiene la función de mantener caliente la Tierra, evitando que se disipe todo el calor emitido en la superficie del planeta.
¿Qué es la capa de ozono?
La capa de ozono, como se mencionó anteriormente, es una capa que concentra aproximadamente el 90% de las moléculas de O3. Esta capa es fundamental para la vida en la tierra, ya que protege a todos los seres vivos al filtrar la radiación solar ultravioleta tipo B. El ozono se comporta de manera diferente según la altitud a la que se encuentre. En 1930, un físico inglés llamado Sydnei Chapman describió los procesos de degradación y producción de ozono estratosférico basándose en cuatro pasos: fotólisis de oxígeno; producción de ozono; consumo de ozono I; consumo de ozono II.
1. Fotólisis de oxígeno
La radiación solar incide en una molécula de O2, separando sus dos átomos. Es decir, esta primera etapa obtiene dos átomos de oxígeno (O) libres como producto.
2. Producción de ozono
En este paso, cada uno del oxígeno libre (O) producido en la fotólisis reacciona con una molécula de O2, obteniendo moléculas de ozono (O3) como producto. Esta reacción ocurre con la ayuda de un átomo o molécula catalizadora, sustancia que permite que la reacción se produzca más rápidamente, pero sin actuar de forma activa y sin unirse a los reactivos (O y O2) o al producto (O3).
Los pasos 3 y 4 demuestran cómo se puede degradar el ozono de diferentes formas:
3. Consumo de ozono I
El ozono formado en la etapa de producción se degrada nuevamente en una molécula de O y una de O2 por la acción de la radiación solar (cuando está en presencia de longitudes de onda que van desde 400 nanómetros a 600 nanómetros).
4. Consumo de ozono II
Otra forma de degradar el ozono (O3) es reaccionando con átomos de oxígeno libres (O). De esta forma, todos estos átomos de oxígeno se recombinarán, generando dos moléculas de oxígeno (O2) como producto.
Pero entonces, si el ozono se produce y se degrada, ¿qué mantiene la capa de ozono? Para responder a esta pregunta, debemos considerar dos factores importantes: la tasa de producción / destrucción de moléculas (la velocidad con la que se producen y destruyen) y su vida media (tiempo necesario para reducir la concentración de algún compuesto a la mitad de concentración inicial).
Con respecto a la tasa de producción / destrucción de las moléculas, se encontró que los pasos 1 y 4 son más lentos que los pasos 2 y 3 del proceso. Sin embargo, como todo comienza en la etapa de fotólisis del oxígeno (etapa 1), podemos decir que de ella depende la concentración de ozono a generar. Esto explica por qué la concentración de O3 disminuye en altitudes superiores a 25 km y en altitudes más bajas; en altitudes superiores a 25 km, la concentración de O2 disminuye. En las capas atmosféricas más bajas, prevalecen las longitudes de onda más largas, que tienen menos energía para descomponer las moléculas de oxígeno, reduciendo su tasa de fotólisis.
A pesar del gran descubrimiento de estos pasos, si tuviéramos que considerar solo estos procesos de destrucción, obtendríamos valores de concentración de O3 dos veces superiores a los observados en la realidad. Esto no sucede porque, además de los pasos demostrados, también existen ciclos antinaturales de agotamiento del ozono, provocados por Sustancias Agotadoras de la Capa de Ozono (SDO): productos como halón, tetracloruro de carbono (CTC), hidroclorofluorocarbono (HCFC), clorofluorocarbono (CFC) y bromuro de metilo (CH3Br). Cuando se liberan a la atmósfera, se trasladan a la estratosfera, donde se descomponen por la radiación UV, liberando átomos libres de cloro, que a su vez rompen el enlace de ozono, formando monóxido de cloro y oxígeno gaseoso. El monóxido de cloro formado reaccionará nuevamente con los átomos libres de oxígeno,formando más átomos de cloro, que reaccionarán con el oxígeno y así sucesivamente. Se estima que cada átomo de cloro puede descomponer unas 100 mil moléculas de ozono en la estratosfera y tiene una vida útil de 75 años, pero ya ha habido suficiente descarga para reaccionar durante casi 100 años con el ozono. Además de reacciones con óxidos de hidrógeno (HOx) y óxidos de nitrógeno (NOx) que también reaccionan con el O3 estratosférico, destruyéndolo, contribuyendo a la degradación de la capa de ozono.Además de reacciones con óxidos de hidrógeno (HOx) y óxidos de nitrógeno (NOx) que también reaccionan con el O3 estratosférico, destruyéndolo, contribuyendo a la degradación de la capa de ozono.Además de reacciones con óxidos de hidrógeno (HOx) y óxidos de nitrógeno (NOx) que también reaccionan con el O3 estratosférico, destruyéndolo, contribuyendo a la degradación de la capa de ozono.
El siguiente gráfico muestra la historia del consumo de SDO en Brasil:
¿Dónde se encuentran las sustancias que agotan la capa de ozono y cómo evitarlas?
CFC
Los clorofluorocarbonos son compuestos sintetizados formados por cloro, flúor y carbono, que se han aplicado ampliamente en varios procesos; los principales se enumeran a continuación:
- CFC-11: utilizado en la fabricación de espumas de poliuretano como agente de expansión, en aerosoles y medicinas como propulsor, en refrigeración doméstica, comercial e industrial como fluido;
- CFC-12: aplicado en todos los procesos en los que se utilizó CFC-11 y también en mezcla con óxido de etileno, como esterilizador;
- CFC-113: utilizado en elementos electrónicos de precisión, como disolventes para limpieza;
- CFC-114: utilizado en aerosoles y medicamentos como propulsor;
- CFC-115: utilizado como fluido en refrigeración comercial.
Se estima que estos compuestos son unas 15.000 veces más dañinos para la capa de ozono que el CO2 (dióxido de carbono).
En 1985, la Convención de Viena para la protección de la capa de ozono fue ratificada en 28 países. Con promesas de cooperación en investigación, monitoreo y producción de CFC, la convención presentó la idea de enfrentar un problema ambiental a nivel global antes de que sus efectos se sintieran o se evidenciaran científicamente. Por esta razón, la Convención de Viena se considera uno de los mayores ejemplos de la aplicación del principio de precaución en las principales negociaciones internacionales.
En 1987, un grupo de 150 científicos de cuatro países viajó a la Antártida y confirmó que la concentración de monóxido de cloro era unas cien veces mayor en esa región que en cualquier otro lugar del planeta. Luego, el 16 de septiembre del mismo año, el Protocolo de Montreal estableció la necesidad de una prohibición gradual de los CFC y su reemplazo por gases no dañinos para la capa de ozono. Gracias a este protocolo, el 16 de septiembre se considera el Día Mundial de la Protección de la Capa de Ozono.
El Convenio de Viena para la Protección de la Capa de Ozono y el Protocolo de Montreal fueron ratificados en Brasil el 19 de marzo de 1990, siendo promulgado en el país el 6 de junio del mismo año, mediante Decreto No. 99.280.
En Brasil, el uso de CFC se detuvo por completo en 2010, como se muestra en el siguiente gráfico:
HCFC
Los hidroclorofluorocarbonos son sustancias artificiales importadas a Brasil, inicialmente en pequeñas cantidades. Sin embargo, debido a la prohibición de los CFC, su uso va en aumento. Las principales aplicaciones son:
Sector de manufactura
- HCFC-22: aire acondicionado y refrigeración por espuma;
- HCFC-123: extintores de incendios;
- HCFC-141b: espumas, disolventes y aerosoles;
- HCFC-142b: espumas.
Sector servicios
- HCFC-22: refrigeración de aire acondicionado;
- HCFC-123: máquinas de refrigeración ( enfriadores );
- HCFC-141b: limpieza de circuitos eléctricos;
- Mezclas de HCFC: refrigeradores de aire acondicionado.
Según el Ministerio del Medio Ambiente (MMA), se estima que, para el 2040, se eliminará el consumo de HCFC en Brasil. El siguiente gráfico muestra la evolución en el uso de HCFC:
Bromuro de metilo
Es un compuesto orgánico halogenado que, bajo presión, es un gas licuado y puede tener un origen natural o sintético. El bromuro de metilo es inmensamente tóxico y letal para los seres vivos. Fue ampliamente utilizado en la agricultura y en la protección de mercancías almacenadas y para la desinfección de depósitos y molinos.
Brasil ya ha congelado sus cantidades de importación de bromuro de metilo desde mediados de la década de 1990. En 2005, el país redujo las importaciones en un 30%.
La siguiente tabla muestra el calendario estipulado por Brasil para la eliminación del uso de metilbromuro:
Calendario estipulado por Brasil para la eliminación del uso de metilbromuro | |
|---|---|
| Fecha límite | Culturas / Usos |
| 11/09/02 | Purgas de cereales y granos almacenados y tratamiento poscosecha de cultivos de:
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| 31/12/04 | Fumar |
| 31/12/06 | Siembra de hortalizas, flores e insecticida |
| 31/12/15 | Tratamiento cuarentena y fitosanitario para fines de importación y exportación:
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| Fuente: Instrucción Normativa Conjunta MAPA / ANVISA / IBAMA nº. 01/2002. | |
Según la MMA, el uso de bromuro de metilo solo está autorizado para tratamientos de cuarentena y previos al envío reservados para importaciones y exportaciones.
A continuación, el gráfico muestra la historia del consumo de metilbromuro en Brasil:
Halones
El halón es producido e importado artificialmente por Brasil. Está compuesto por bromo, cloro o flúor y carbono. Esta sustancia fue ampliamente utilizada en extintores para todo tipo de incendios. Según el Protocolo de Montreal, en 2002 se permitiría la importación de halones referidos al promedio de las importaciones brasileñas entre 1995 y 1997, reduciéndose en un 50% en 2005 y, en 2010, la importación quedaría totalmente prohibida. Sin embargo, la Resolución Conama No. 267, del 14 de diciembre de 2000 fue más allá, prohibiendo la importación de nuevos halones a partir de 2001, permitiéndose importar únicamente halones regenerados, ya que no forman parte del cronograma de eliminación del protocolo.
El halón-1211 y el halón-1301 se utilizan principalmente en la eliminación de incendios marinos, en la navegación aérea, en buques petroleros y plataformas de extracción de petróleo, en colecciones culturales y artísticas y en centrales eléctricas y nucleares, además del uso de militar. En estos casos se permite su uso por su eficacia en la extinción de incendios sin dejar residuos y sin dañar los sistemas.
Según el gráfico siguiente, Brasil ya eliminó el consumo de halones.
Cloro
El cloro se emite a la atmósfera de forma antropogénica (a través de la actividad humana), principalmente mediante el uso de CFC (clorofluorocarbonos), que ya hemos visto anteriormente. Son compuestos sintéticos gaseosos, ampliamente utilizados en la fabricación de aerosoles y en refrigeradores y congeladores más antiguos.
Oxido de nitrógeno
Algunas fuentes emisoras naturales son transformaciones microbianas y descargas eléctricas en la atmósfera (rayos). También son generados por fuentes antropogénicas. El principal es la quema de combustibles fósiles a altas temperaturas. Por esta razón, la emisión de estos gases se produce en la troposfera, que es la capa de la atmósfera donde vivimos, pero son fácilmente transportados a la estratosfera a través del mecanismo de convección, pudiendo luego llegar a la capa de ozono degradándola.
Uno de los métodos para evitar las emisiones de NO y NO2 es el uso de catalizadores. Los catalizadores de las industrias y los automóviles tienen la función de acelerar las reacciones químicas que transforman los contaminantes en productos menos dañinos para la salud humana y el medio ambiente, antes de que sean liberados a la atmósfera.
Óxidos de hidrógeno
La principal fuente de HOx en la estratosfera es la formación de OH a partir de la fotólisis del ozono, que produce átomos de oxígeno excitados, que reaccionan con los vapores de agua.
Agujero de la capa de ozono
Imagen: NASA
En 1985, se encontró que hubo una reducción significativa de aproximadamente 50% en el ozono estratosférico entre septiembre y noviembre, que corresponde al período primaveral en el hemisferio sur. La responsabilidad se atribuyó a la acción del cloro de los CFC. Varios estudios han indicado que el proceso se viene desarrollando desde 1979.
El único agujero en la capa de ozono se encuentra sobre la Antártida; en cualquier otro lugar, lo que sucedió fue la disminución lenta y gradual de la capa de ozono.
Sin embargo, existe una gran tendencia actual de reversión de los daños a la capa de ozono, debido a las medidas adoptadas en el Protocolo de Montreal, según informó el Programa de las Naciones Unidas para el Desarrollo (PNUD). La expectativa es que, para el 2050, la capa se restaurará a los niveles anteriores a 1980.
Curiosidad: ¿por qué solo en el Polo Sur?
La explicación del agujero que solo ocurre sobre la Antártida puede estar dada por las condiciones especiales del Polo Sur, como las bajas temperaturas y los sistemas aislados de circulación atmosférica.
Debido a las corrientes de convección, las masas de aire circulan de manera ininterrumpida, pero en la Antártida debido a que su invierno es extremadamente severo, no se produce circulación de aire, produciendo círculos de convección restringidos a la zona, que se denominan vórtice polar o vórtice.
Vea también este breve video producido por el Instituto Nacional de Investigaciones Espaciales (Inpe) sobre la degradación de la capa de ozono por los CFC:
