Destrucción del ozono estratosferico
El proceso de la destrucción de la capa de ozono comienza con la emisión, en la superficie de la tierra, de gases que son fuente de compuestos halogenados que contienen principalmente cloro y bromo. Los CFC y los halones son los principales gases originados por el hombre que destruyen el ozono estratosférico. Estos compuestos que se emiten en las latitudes medias y en especial en el hemisferio norte, son arrastrados hacia las latitudes tropicales y se acumulan en la troposfera debido a que en esta región de la atmósfera la mayoría de ellos son poco reactivos y se distribuyen uniformemente debido a la circulación del viento y a la convección de aire caliente. Posteriormente, son transportados hacia la estratosfera, a través de la troposfera tropical, donde reaccionan en presencia de la radiación ultravioleta, a gases halogenados reactivos.
Aproximadamente, se toma un año entero para que una molécula de CFC logre ingresar a la estratósfera superior desde la tropósfera superior tropical. Igualmente, toma unas décadas hacer el ciclo total del aire, en la tropósfera y a través de la estratósfera superior. Esta circulación lenta de los compuestos halogenados a través de la estratósfera superior significa que el ciclo total de estos tomará décadas para circular a través de la estratósfera superior.
El proceso de destrucción del ozono se inicia cuando de los gases fuente de halogenos, se desprenden elementos como el cloro y el bromo por acción de la radiación ultravioleta. Estos elementos reactivos permanecen en estado atómico o son oxidados (por la misma reacción con el O3) a compuestos como el ClO y el BrO.
Figura 3. Formación de gases reactivos a partir de una molécula de CFC. Fuente (IDEAM)
La vida de la molécula de ozono acaba cuando reacciona con alguno de estos gases reactivos, principalmente el monóxido de cloro (ClO), el monóxido de bromo (BrO) ó con el cloro y el bromo en forma atómica.
Estas reacciones de pérdida generalmente ocurren en presencia de catalizadores (X) que pueden ser una especie halogenada (ClO, BrO, Cl ó Br), un radical de nitrógeno (NO) ó un radical hidroxilo (OH-).
En este proceso catalítico, la molécula de ozono se pierde mientras el catalizador (principalmente los compuestos de cloro o bromo) se reforma para destruir otra molécula de ozono.
Un catalizador es una sustancia que facilita una reacción química, pero que permanece inalterado o se reforma después de la reacción, y de nuevo toma parte en otra reacción similar.
En este proceso catalítico, la molécula de ozono se pierde mientras el catalizador (principalmente los compuestos de cloro o bromo) se reforma para destruir otra molécula de ozono.
Un ejemplo de una reacción de pérdida típica, es aquella donde el ClO (o el cloro), reacciona con un átomo de oxígeno para formar el cloro libre y el oxígeno molecular (O2). El átomo de cloro reacciona entonces con una molécula de ozono para reformar ClO y el O2. Esta reacción es muy importante en la estratósfera de las latitudes medias y tropicales donde la radiación UV es más intensa y es necesaria para disociar las moléculas de oxigeno (O2) en oxigeno atómico.
Figura 4. Mecanismo de destrucción del ozono estratosférico a partir de ClO. (Elaborada a partir de : Scientific Assessment of Ozone Depletion: 2002. Twenty questions and answers about the ozone layer. OMM. 2002.)
A
El promedio de destrucción de ozono en la estratósfera por estos gases halogenados es baja en los trópicos y cercana al 10% en latitudes medias. En las regiones polares, la cantidad de gases halogenados reactivos se incrementa en el invierno, como resultado de reacciones que ocurren sobre las superficies de partículas (formadas por las bajas temperaturas) de las nubes estratosféricas polares, generando una alta destrucción de ozono en invierno y primavera principalmente en
Debido a la acumulación de gases como el ClO en la estratósfera de las regiones polares, y a las bajas concentraciones de oxigeno monoatómico (O), las cuales limitan la eficiencia del ciclo mostrado en la figura 4, las reacciones de destrucción de ozono en estas zonas (que son altamente eficientes), se realizan mediante el siguiente mecanismo, en el cual, una molécula de ClO reacciona con otra de ClO o con una de BrO:
Figura 5. Mecanismos de destrucción del ozono estratosférico en latitudes polares. (Elaborada a partir de: Scientific Assessment of Ozone Depletion: 2002. Twenty questions and answers about the ozone layer. OMM. 2002.)
En ambos casos se obtiene como resultado que dos moléculas de ozono se transforman en tres moléculas de oxígeno. En ambos casos se requiere de la luz solar para completar el ciclo y mantener la abundancia del ClO y el BrO en la estratósfera. En la reacción con el BrO hay dos rutas para producir Cl y Br los cuales son muy reactivos
Resumiendo, en forma general y esquemática los pasos necesarios para que se lleve a cabo la descomposición del ozono en la estratósfera son los siguientes:
Figura 6. Etapas en la destrucción del ozono estratosférico. (Elaborada a partir de: Scientific Assessment of Ozone Depletion: 2002. Twenty questions and answers about the ozone layer. OMM. 2002.)
Agujero de la capa de ozono
La destrucción del ozono es notable en
Al presentarse las condiciones anteriores, se incrementan las concentraciones del ClO, por lo que las reacciones que involucran al ClO con el BrO y el mismo ClO para destruir el ozono, se activan con la presencia de la luz solar, presentándose la mayor destrucción de moléculas de ozono después del invierno polar, en periodos con intensidad parcial a plena de luz solar (primavera). Posteriormente, cuando se incrementan las temperaturas, dejan de formarse las nubes polares, decreciendo las cantidades de ClO y reformándose el cloro y el monóxido de cloro a compuestos como el ácido clorhídrico (HCl) y el nitrato del cloro (ClONO2), disminuyendo el proceso de deterioro del ozono hacia finales de noviembre, mes en el cual finaliza el aislamiento del aire estratosférico polar y empieza a ingresar, desde las latitudes medias, aire rico en ozono.
Las nubes polares se forman cuando el ácido nítrico (HNO3) y los gases que contienen azufre, presentes en la estratosfera, condensan con el vapor de agua para formar partículas líquidas y sólidas.
En la figura 7 se muestra la tendencia del ozono durante los últimos años en la estación Halley Bay, en la Antártida; como se puede apreciar el proceso de destrucción del ozono es muy marcado, ya que a mediados del siglo se registraban valores cercanos a 350 U.D., mientras que en la década de los noventa se aproximaron a 150 U.D.
Figura 7. Variación inter-anual del ozono, en unidades Dobson contenido en una columna de aire de 1 cm2 de sección que va desde la superficie de
En la figura 8, se puede observar el rápido descenso en la cantidad de ozono total durante la estación de primavera (septiembre, octubre y noviembre) y mucho menos acentuado durante el verano (enero, febrero y marzo) sobre
En el polo sur las temperaturas estratosféricas son mucho más bajas que en el polo norte, por lo cual se forman más nubes polares y la destrucción de ozono es mayor. Debido a lo anterior, el agotamiento de la capa de ozono, que también se presenta en el polo norte y que solo ocurre en algunos años entre febrero y abril, presenta una intensidad mucho más baja.
En las mediciones de la concentración del ozono en función de la altura, realizadas con ozonosondas en las primaveras de las regiones polares se ha detectado lo siguiente:
- El denominado hueco en la capa de ozono comenzó a finales de la década de los setenta e inicios de los ochenta en el polo sur, ya que los promedios entre 1962 y 1971 no mostraron disminuciones en la concentración en la capa entre los 15 y los
Figura 9. Comportamiento del perfil vertical de ozono en el Polo Sur y Norte. (Elaborada a partir de: Scientific Assessment of Ozone Depletion: 2002. Twenty questions and answers about the ozone layer. OMM. 2002.)
En las mediciones realizadas en el polo sur, se nota una gran disminución en las concentraciones de ozono entre los 10 y los
La capa de ozono en el polo norte se mantiene en marzo con altas concentraciones durante la década de los noventa, sin embargo, en algunos años las concentraciones disminuyen notablemente (como en el año de 1996), cuando disminuyen las temperaturas para formar las nubes estratosféricas polares durante un gran periodo.
La superficie en que la disminución de los valores han llevado a hablar de un agujero en la capa de ozono, que comenzó a sobrepasar los 10 millones de Km2 a mediados de los años
En la figura 10 se puede observar, a partir de imágenes satelitales, el agujero en la capa de ozono en el mes de octubre del 2001 en el polo sur, superando en extensión al área del continente Antártico y con valores de ozono total cercanos a las 100 U.D.; su extensión en diciembre, cuando comienza el verano del hemisferio sur y su área disminuye, y su no presencia en los inicios del invierno (junio).
Figura 10. Imágenes de satélite que muestran el agujero en la capa de ozono. (Elaborada a partir de: Scientific Assessment of Ozone Depletion: 2002. Twenty questions and answers about the ozone layer. OMM. 2002.)
El agujero de ozono en el año 2003, tuvo una extensión máxima en superficie de 28 millones de kilómetros cuadrados alcanzada a fines de septiembre. El área con más del 50% de disminución del ozono alcanzó una extensión récord igual a más de dos veces la superficie de los Estados Unidos de América (ver Fig. 11).
Figura 11. Imagen de satélite que muestra el agujero en la capa de ozono para el día 29 de septiembre de 2003. (Fuente: NOAA, USA)
El 25 de septiembre de 2006 se registró el mayor tamaño del agujero de ozono de
El desarrollo del agujero de ozono del 2003, así como su tamaño y persistencia, fueron muy similares a los del año 2000, con un temprano y rápido desarrollo observado durante agosto, un área récord alcanzada en septiembre, y un final a mediados de noviembre.
Las mediciones durante el agujero de ozono de 2003, de la radiación UV realizadas en Ushuaia - Argentina y en las estaciones Antárticas de McMurdo, Palmer, y South Pole, dieron valores que se encuentran por debajo de los promedios de largo plazo que corresponden a estos sitios.
La figura 12 muestra las mediciones realizadas con ozonosondas el 12 y 26 de septiembre, en la estación Marambio, ubicada en el noreste de
Figura 12. Ozonosondeos del 120903, 260903 y 021103 en la estación Marambio, ubicada en el noreste de
Las observaciones basadas en satélites, durante los últimos 10 días de agosto de 2004 (ver Fig. 13) indicaban que la mayor parte de
Figura 13. Imagen de satélite que muestra el agujero en la capa de ozono para el día 31 de agosto de 2004. (Fuente: NOAA, USA)