Capa d'ozonu

La capa d'ozonu o escudu d'ozonu ye una rexón de la estratosfera terrestre qu'absorbe la mayoría de la radiación ultraviola del Sol. Contién una concentración d'ozonu (O₃) muncho mayor que la qu'hai notres fasteres de la estratosfera, pero sicasí pequeña en rellación con otros gases de la estratosfera. La capa d'ozonu contién menos de 10 partes por millón d'ozonu, mientres que la concentración media d'ozonu de l'atmósfera terrestre en conxuntu ye de 0,3 partes por millón. La capa d'ozonu alcuéntrase principalmente na rexón inferior de la estratosfera, ente los 15 y 35 km d'altor sobre la superficie terrestre, y el so grosor varía xeográficamente y col pasar de les estaciones^[1].

Esquema de la distribución del ozonu na atmósfera. El picu de concentración superior ye lo que nomamos capa d'ozonu.

La capa d'ozonu foi descubierta en 1913 polos físicos franceses Charles Fabry y Henri Buisson. Les sos midiciones del sol amosaron que la radiación qu'emana de la so superficie y llega a la superficie terrestre ye xeneralmente consistente col espectru d'un cuerpu prietu con una temperatura d'ente 5.000-6.000 K (5.230-5.730º C), pero nun había radiaciones d'una llonxitú d'onda inferior a 310 nm nel estremu ultraviola del espectru. Deducieron d'ello qu'esa radiación que faltaba taba siendo absorbida por daqué na atmósfera. El espectru de la radiación que falta, amás, correspondía con una única sustancia química conocida, l'ozonu^[2]. Les sos propiedaes foron estudiaes en detalle pol meteorólogu británicu G.M.B. Dobson, que desarrolló un espectrómetru simple (nomáu el Dobsonmeter) que podía usase pa medir l'ozonu estratosféricu dende la superficie terrestre. Ente 1928 y 1958 Dobson estableció una rede mundial d'estaciones de monitorización del ozonu, qu'entá sigue funcionando. La unidá Dobson (DU), una unidá de midida de la cantidá d'un gas na columna vertical d'atmósfera nún puntu concretu, recibe esti nome nel so honor.

La capa d'ozonu absorbe'l 97-99% de la radiación ultraviola de frecuencia media del Sol (la que tien una llonxitú d'onda d'ente 200 y 315 nm), una radiación que de nun ser absorbida podría dañar a los seres vivos de la superficie terrestre^[3].

En 1976 les investigaciones científiques revelaron que la capa d'ozonu taba amenorgando de tamañu por culpa de delles sustancies químiques d'orixe industrial, principalmente clorofluorocarbonos (CFC). La preocupación por que l'aumentu de radiación ultraviola secundariu a la desapaición de la capa d'ozonu pudiera amenazar la vida na Tierra, aumentando por exemplu les tases de cáncer de piel nos humanos y causando otros problemes ecolóxicos, llevó a una prohibición del usu d'esos químicos, y les investigaciones más recientes suxeren que'l vaciáu de la capa d'ozonu deteniose o inclusive detúvose. Les Naciones Xuníes designaron el 16 de setiembre como'l Día Internacional pa la Conservación de la Capa d'Ozonu.

Venus tien tamién una delgada capa d'ozonu, a una altitú de 100 km sobre la superficie del planeta^[4].

Fontes del ozonu

Ciclu del ozonu-oxíxenu na capa d'ozonu.

Los mecanismos fotoquímicos que provocan la esistencia de la capa d'ozonu foron descubiertos en 1930 pol físicu británicu Sydney Chapman. El ozonu fórmase na estratosfera terrestre cuando la radiación ultraviola incide sobre les molécules d'oxíxenu. Estes contienen dos átomos d'oxíxenu (O₂), y los fotones de radiación ultravioleta con unes característiques enerxétiques determinaes ruémpenles, dexando átomos d'oxíxenu (O) sueltos.

${\textstyle O_{2}+h\nu \rightarrow O+O}$

Estos combínense con molécules nun rotes d'oxíxenu pa formar ozonu (O₃).

${\displaystyle O+O_{2}\rightarrow O_{3}}$

Les molécules d'ozonu son inestables (magar que na estratosfera caltiénense xuníes munchu tiempu), y cuando la radiación ultraviola incide sobre elles ruémpeles otra vuelta, dando llugar a una molécula de O₂ y un átomu individual d'oxíxenu.

${\displaystyle O_{3}+h\nu \rightarrow O_{2}+O}$>

Finalmente, na fase oscura (cuando ye de nueche nuna fastera determinada del planeta) l'oxíxenu monoatómicu, que ye perreactivu, combínase con molécules d'ozonu pa formar nueves moléculas d'oxíxenu biatómicu.

${\displaystyle O_{3}+O\rightarrow 2O_{2}}$

El resultáu de toos estos procesos continuos conozse como ciclu ozonu-oxíxenu, que puede vese gráficamente na imaxe qu'acompaña a esti testu. Pa caltener constante la capa d'ozonu na estratosfera esta reacción fotoquímica tien que dase n'equilibriu perfechu, pero'l procesu ye fácilmente alterable pola acción de determinaes molécules, como los compuestos cloraos (como los clorofluorocarbonos^[5]) y los bromuraos.

Niveles d'ozonu a altitues estremaes, y acción de so sobre les diferentes bandes de radiación ultraviola.

Alredor del 90% del ozonu atmosféricu ta na estratosfera. La zona de mayor concentración, d'unes 2 a 8 partes por millón, alcuéntrase na faza d'atmósfera asitiada ente 20 y 40 km sobro la superficie terrestre. Si tol ozonu d'esa fastera comprimiérase a la presión atmosférica a nivel del mar, había tener un grosor de namái 3 mm^[6]. El restu del ozonu alcuéntrase na troposfera, y ye peligrosu pa los seres vivos pol so fuerte carácter oxigante. L'orixe d'esti ozonu troposféricu ye doble: un 10% d'elli ye ozonu tresportáu dende la estratosfera; y el restu créase por dellos mecanismos, como les tormentes llétriques qu'ionicen l'aire.

La radiación ultraviola (UV)

Magar que la concentración d'ozonu na capa d'ozonu ye perpequeña, la so esistencia ye d'estrema importancia pa la vida, una y bones absorbe la radiación ultraviola, perxudicial pa los seres vivos, qu'aporta a la Tierra dende'l Sol. La de llonxitú d'onda más pequeña, tamién nomada radiación ultraviola de vacíu (10–100 nm), ye eliminada pol nitróxenu atmosféricu. La que ye capaz de travesar el nitróxenu divídese en trés categoríes en función de la so llonxitú d'onda: aveza a nomáseles UV-A (400–315 nm), UV-B (315–280 nm) y UV-C (280–100 nm). La radiación UV-C, perdañina pa tolos seres vivos, ye eliminada completamente por una combinación de oxíxenu (la de más de 200 nm) ya ozonu (la de menos de 200 nm) a una altitú d'alredor de 35 km. La radiación UV-B puede dañar la piel de los humanos, y ye la principal causa de les quemadures solares. La esposición escesiva a elles puede provocar, tamién, catarates, inmunosupresión ya inclusive daños xenéticos celulares, que pueden desencadenar un cáncanu de piel. La capa d'ozonu, qu'absorbe radiación d'ente 200 nm y 310 nm, con una absorción másima pa les ondes de 250 nm de llonxitú^[7], ye perefectiva na eliminación de la radiación UV-B: asina, por exemplu, la intensidá de radiación de 290 nm na atmósfera esterior ye 350 veces mayor que la qu'hai na superficie terrestre. Sicasí, della radiación UV-B, especialmente la de mayor llonxitú d'onda, llega a la superficie terrestre, y xuega un papel importante na producción de vitamina D pola piel.

L'ozonu ye tresparente pa la mayoría de la radiación UV-A, la de mayor llonxitú d'onda, y la mayoría d'ella llega a la superficie terrestre. Esta radiación ye munchu menos dañina pal ADN, magar que la esposición escesiva puede quiciás provocar daños físicos, avieyamientu precoz de la piel, dañu xenéticu celular indirectu ya cáncanu de piel^[8].

Distribución del ozonu na estratosfera

El gordor de la capa d'ozonu varía nes distintes partes del planeta, y ye xeneralmente más fina cerca l'ecuador y más gorda cerca los polos^[9]. El gordor, nesti contestu, fai referencia a cuántu ozonu alcontramos na columna d'aire atmosféricu asitiada enriba d'una zona concreta de la superficie terrestre. Esti gordor varía según les estaciones del añu, en rellación cola intensidá de la radiación solar y los patrones de circulación atmosférica^[10].

Circulación de Brewer-Dobson na capa d'ozonu.

La mayoría l'ozonu produzse na zona tropical del planeta, y ye tresportáu hacia los polos por corrientes d'aire estratosfériques. Nel hemisferiu norte estos patrones de movimientu del aire, conocíos como circulación de Brewer-Dobson, faen que la capa d'ozonu seya más gruesa en primavera y más fina na seronda^[9]. La producción del ozonu nes zones tropicales ye resultáu, d'otra banda, de corrientes d'aire que saquen aire probe n'ozonu de la troposfera y llévenlu a la estratosfera, aú el Sol fotoliza les molécules d'oxíxenu permitiendo asina la formación d'ozonu. Esi aire, agora ricu n'ozonu, ye tresportáu a zones más averaes a los polos, aú cae a niveles inferiores de l'atmósfera^[9].

Les investigaciones tienen alcontrao que los niveles d'ozonu nos Estaos Xuníos, na zona templada del hemisferiu norte, tienen el so másimu añal n'abril y mayu y el so mínimu n'ochobre. Mentantu que la cantidá total d'ozonu aumenta según avanzamos dende les dos zones tropicales hacia los polos, sábese que la so concentración ye mayor cerca'l Polu Norte que cerca'l Polu Sur: les columnes d'ozonu na primavera boreal lleguen a un espesor másimu de 600 DU, con un gordor mediu de 450 DU, mentantu que na primavera austral el gordor másimu en L'Antártida ye d'alredor de 400 DU. Esta diferencia esplícase porque nel hemisferiu norte'l vórtiz polar ye más débil y la circulación de Brewer-Dobson ye, pol mayor altor de les cordeleres montañoses y pol mayor contraste qu'esiste ente les temperatures terrestre ya oceánica, más fuerte^[11]. La diferencia ente'l gordor de la capa nes llatitúes boreal y austral tienen crecío de magar la década de 1970 por culpa'l fenómenu del furacu d'ozonu^[9]. Actualmente les mayores cantidaes d'ozonu sobre l'Árticu rexístrense nos meses de marzu y abril, na primavera, y nel Antárticu los niveles más baxos d'ozonu rexístrense nos meses, braniegos nel hemisferiu austral, de setiembre ya ochobre.

Reducción de la capa d'ozonu

Impactu progresivu de los CFC na capa d'ozonu a lo llargo del tiempu si nun se tuviera prohibío l'usu de CFC (proyección de la NASA).

La capa d'ozonu puede disminuyir en gordor pola acción de radicales libres catalizadores, como por exemplu l'óxidu nítricu (NO), l'óxidu nitrosu (N₂O), los grupos hidroxilu (OH), el cloru atómicu (Cl) ya'l bromu atómicu (Br). Magar qu'hai fontes naturales de toos estos elementos y molécules, les concentraciones de cloru y bromu aumentaron enforma nes caberes décades por culpa de la lliberación a l'atmósfera de grandes cantidaes de compuestos organohalóxenos d'orixe industrial, especialmente clorofluorocarbonos (CFC) y bromofluorocarbonos^[12]. Estos compuestos, perestables, son capaces d'elevase hasta la estratosfera^[13], aú la radiación ultraviola provoca la lliberación de radicales de cloru y bromu. Cada radical, entóncenes, inicia y cataliza una reacción en cadena capaz de romper más de 100.000 molécules d'ozonu. De resultes, la cantidá de radiación ultraviola absorbida na ozonosfera mengua, y esta radiación puede llegar a la superficie terrestre con más fuercia. Los niveles d'ozonu cayeron una media d'un 4% a nivel mundial de magar finales de la década de 1970. En delles fasteres de la Tierra, alredor de los polos, alcontráronse cayíes muncho mayores de calter estacional; a eses zones llámeseles furacos d'ozonu^[14]. El descubrimientu de la reducción añal de la capa d'ozonu sobre L'Antártida foi descritu por primer vegada por Joe Farman, Brian Gardiner y Jonathan Shanklin, nún artículu espublizáu na revista Nature el 16 de mayu de 1985^[15]. De resultes de la publicación, y de la creciente evidencia de l'amenaza a la que ta sometida la capa d'ozonu, l'Asamblea Xeneral de les Naciones Xuníes aconceyó'l 16 de setiembre de 1987, y robló'l Protocolu de Montreal. En 1994 el día de la robla, 16 de setiembre, foi proclamáu por esa mesma Asamblea Xeneral como'l Día Internacional pa la Conservación de la Capa d'Ozonu^[16].

Regulación de la lliberación de gases dañinos pa la capa d'ozonu

En 1978 Estaos Xuníos, Canadá y Noruega llexislaron pa prohibir los aeroles en spray que conteníen CFC, pero la Comisión Europea refugó una proposición nel mesmu sen. Nos Estaos Xuníos, amás, los clorofluorocarbonos siguieron permitíos pa otros usos, como na refrixeración y la limpieza industrial, hasta'l descubrimientu del furacu de la capa sobre L'Antártida en 1985. Esto precipitó la negociación d'un tratáu internacional, el Protocolu de Montreal, pol que la producción de gases CFC reducíase a los niveles de 1986, estableciéndose tamién compromisos pa menguar la so producción y usu a llargu plazu^[17]. Esto permitió a los países en víes de desarrollu una implantación progresiva del protocolu nún plazu de diez años. De magar, el tratáu foi enmendáu pa prohibir la producción de CFC nos países desarrollaos, y dempués en los non desarrollaos; anguaño, tolos países del mundu, 197, tienen roblao el tratáu, que puede ser respetáu gracies a los esfuercios fechos pola ciencia y la industria pa consiguir sustitutos afayaízos de tolos usos y sustancies que reducen la capa d'ozonu.

El 2 d'agostu de 2003 los científicos anunciaron que, gracies a la regulación internacional de la lliberación de sustancies reductores de la capa d'ozonu, la reducción global d'esta capa parecía tar enllenteciéndose. Un estudiu, organizáu pola Xunión Xeofísica Americana, utilizó trés satélites y trés estaciones de tierra pa midir la capa, y concluyó que la tasa de reducción de la capa d'ozonu estratosférica menguara significativamente na década anterior. Sicasí, non tolos usos de les sustancies reductores de la capa d'ozonu tán prohibíos en tolos países, y hai entá sustancies reductores na atmósfera, (delles, como los CFC, capaces de caltenese activos na atmósfera 50-100 años) polo que ye esperable que la capa siga menguando nún futuru cercanu. Tien estimáose que pa mediaos del sieglu XXI el gordor de la capa recuperará los sos niveles de 1980.

Los compuestos que contienen enlaces carbonu-hidróxenu, como por exemplu los hidroclorofluorocarbonos (HCFC) diseñáronse pa sustituyir a los CFC en determinaos usos. Estos compuestos son más reactivos, y la probabilida de que sobrevivan na atmósfera'l tiempu suficiente como pa llegar a la estratosfera y afectar a la capa d'ozonu ye menor. Pese a la so menor potencialidá dañina, los HCFC entá tienen un efectu negativu sobro la capa d'ozonu, y tamién tán siendo progresivamente eliminaos y sustituyíos por hidrofluorocarbonos (HFC) y otros componentes que nun alteren n'absolutu l'ozonu estratosféricu. El alcuerdu internacional, un añadíu al protocolu de Montreal, conozse como Enmienda Kigali^[18] (pola ciudá na que foi robláu l'alcuerdu), foi adoptáu polos firmantes el 15 d'ochobre de 2016^[19].

Referencies

1. Ozone basics, artículu na web ozonelayer, de l'Axencia Nacional del Océanu ya l'Atmósfera de los Estaos Xuníos.
2. McElroy CT, Fogal PF, "Ozone: From Discovery to Protection", Atmosphere-Ocean, 2008:46;1-13. doi:10.3137/ao.460101
3. Ozone layer Archiváu 2021-05-02 en Wayback Machine, artículu na web de la NASA.
4. Scientists discover Ozone Layer on Venus, artículu na web space.com (11 d'ochobre de 2011).
5. Los más comunes son ${\displaystyle CFCl_{3}}$ (freón 11), ${\displaystyle CF_{2}Cl_{2}}$ (freón 12), ${\displaystyle C_{2}F_{3}Cl_{3}}$ (freón 113) y ${\displaystyle C_{2}F_{4}Cl_{4}}$ (freón 114).
6. NASA facts archives Archiváu 2021-05-06 en Wayback Machine, artículu na web de la NASA.
7. Matsumi Y, Kawasaki M, Photolysis of Atmospheric Ozone in the Ultraviolet Region. Chem Rev, 2003;103(12).4767-4781. doi:10.1021/cr0205255
8. Narayanan DL, Saladi Rn, Fox JL, Review: Ultraviolet radiation and skin cancer. International Journal of Dermatology, 2010;49(9):978-986. doi:10.1111/j.1365-4632.2010.04474
9. Tabin S, Global Warming: The Effect of Ozone Depletion, p. 194. APH Publishing, 2008. ISBN 9788131303962
10. NASA Ozone Watch: Ozone facts, na web de la NASA.
11. Douglass AR, Newman PA, Solomon S, The Antarctic ozone hole: an update. Physics Today, 2014;67(7):42-48. doi:10.1063/PT.3.2449
12. Halocarbons and other gases. Emissions of Greenhouse Gases in the United States, 1996. Energy Information Administration, 1997.
13. World Ozone Day 2021: Ozone Is Must for Life on Earth, artículu na web de SA News Channel.
14. Stratospheric Ozone and Surface Ultraviolet Radiation. Scientific Assessment of Ozone Depletion, 2010.
15. Farman JC, Gardiner BG, Shanklin JD, Large losses of total ozone in Antarctica reveals seasonal CiOx/NOx interaction. Nature, 1985;315(6016):207-210. doi:10.1038/315207a0
16. Resolución 49/114 de la Asamblea Xeneral de les Naciones Xuníes designando'l 16 de setiembre como Día Internacional pa la Conservación de la Capa d'Ozonu.
17. Morrisette PM, The Evolution of Policy Responses to Stratospheric Ozone Depletion Archiváu 2009-06-08 en Wayback Machine. Natural Resources Journal, 1989;29:793-820
18. The Kigali Amendment to the Montreal Protocol: HFC Phase-down, na web de la UN Environment Economy Division.
19. The Montreal Protocol on Substances That Deplete the Ozone Layer, na web del Departamentu d'Estáu d'Estaos Xuníos.

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