Cambios en las concentraciones y emisiones de las SAO

Durante el periodo de 1970 a 1990 las concentraciones globales de los CFCs se incrementaron ampliamente, posteriormente, con la implementación del Protocolo de Montreal se han observado grandes reducciones en sus emisiones y en sus concentraciones. Sin embargo, las concentraciones de las sustancias que reemplazan los CFCs, como son los HFCFs y los HFCs han aumentado desde 1990. En la tabla 1 se muestran las concentraciones globales y las tasas de crecimiento o decrecimiento de las mismas para los principales compuestos halogenados, así como la disminución de las concentraciones en ausencia de emisiones.

Tabla 1. Concentraciones globales y tasas de crecimiento o decrecimiento en el año 2003.

 Notas: ppt equivale a una parte por trillón. 1 Kt equivale a mil toneladas. (Fuente: IPCC, 2004).

 En la tabla se observa que las concentraciones más altas son las de los CFCs el HCFC-22  y el HFC-23; la tasa de decrecimiento del CFC-11 es un 60% más baja que la esperada en ausencia de emisiones, pero las emisiones del CFC-12 siguen aumentando, por otro lado, las tasas de crecimiento de los HCFCs y HFCs se mantienen en valores relativamente altos. La producción de la mayoría de los HCFCs y los HFCs es más grande que su emisión, lo cual implica que los almacenamientos de estos compuestos podrían constituirse en potenciales forzantes del clima.

Contribución de las SAO al forzamiento radiativo del sistema climático

Algunos halocarbonos sintetizados por el hombre, como los CFC, HCFC, HFC y los perfluorocarbonos (PFC, compuestos que solo tienen átomos de carbono y fluor y caracterizados por una alta estabilidad, baja toxicidad y un ODP de cero) son buenos absorbentes de radiación infrarroja, en parte, porque muchos de ellos absorben energía en la región de longitudes de onda donde la energía no es absorbida por el dióxido de carbono ni el vapor de agua (región denominada como ventana atmosférica, ver Fig. 1). Las moléculas de halocarbonos pueden ser miles de veces más eficientes como absorbentes de energía emitida por la tierra que una molécula de dióxido de carbono y pequeñas cantidades de estos gases pueden contribuir apreciablemente al forzamiento radiativo del sistema climático.

Figura 1. En la parte superior se presenta la fracción de radiación transmitida por la atmósfera para un espectro de energías infrarrojas y muestra la existencia de una ¿ventana atmosférica¿ entre los 700 a 1200 número de onda donde hay poca absorción. En la parte inferior se muestra que varios halocarbonos son absorbentes efectivos en esta región de ventana (Fuente: IPCC).

El forzamiento radiativo es la perturbación del balance radiativo de la atmósfera terrestre entre la radiación solar incidente y la radiación infrarroja saliente, denotado por un cambio en la irradiancia neta en la tropopausa y es expresado en vatios por metro cuadrado (W/m²). Estas perturbaciones se deben a cambios internos o forzamientos externos del sistema climático, como por ejemplo, cambios en la concentración de un Gas de Efecto Invernadero (GEI) o en la radiación emitida por el sol. Un forzamiento radiativo positivo tiende a calentar la troposfera (capa de la atmósfera desde la superficie hasta cerca de 16km de altura) y uno negativo tiende a enfriarla. El agotamiento de la capa de ozono debido a su destrucción por el incremento en las emisiones de halocarbonos desde 1970, ha representado un forzamiento radiativo negativo del sistema climático, ya que, el ozono es un GEI. Por otro lado, el incremento en las SAO ha producido un forzamiento positivo.

El forzamiento radiativo de los GEI y el ozono se presenta en la figura 2 y en la tabla 1 y su magnitud está dada por el producto de su concentración y su eficiencia radiativa (energía absorbida por unidad de concentración W/m²_*ppb). El CO₂ es el que más ha contribuido al forzamiento radiativo positivo, seguido por el CH₄, el ozono troposférico, el N₂O y algunos halocarbonos. Otros agentes que contribuyen al forzamiento radiativo son los cambios en los aerosoles troposféricos y en la radiación emitida por el sol.

Entre las SAO, los CFCs han contribuido al forzamiento radiativo positivo desde el año 1750 con 0,28 W/m², mientras que los HCFCs con 0,033 W/m² y los HFCs con 0,007 W/m². Los incrementos en las concentraciones de los gases halocarbonados entre el año 1970 y el 2000 han contribuido con cerca del 30% del incremento del forzamiento radiativo relacionado a los GEI durante este periodo.

Figura 2. Cambios en el forzamiento radiativo en W/m² de varios GEI con concentraciones uniformes y del ozono en dos periodos de tiempo 1750-2000 y 1970-2000. (Fuente: IPCC, 2004).

El efecto radiativo del CO₂ y el vapor de agua es calentar el clima superficial y enfriar la estratosfera, mientras que el efecto radiativo de los halocarbonos es calentar la troposfera y la estratosfera debido a su absorción en la ventana atmosférica.

Tabla 2.Contribuciones al forzamiento radiativo positivo de algunos GEI 

¹ La eliminación del CO₂ de la atmósfera está relacionada a diferentes procesos y su tasa no se pueden expresar con un valor de vida media. (Fuente: IPCC, 2004).

² Valores reportados en el Tercer Reporte de Evaluación del IPCC (2001)

Respecto a los tiempos de vida media relacionados en la tabla 2, se observa que los CFCs son removidos de la atmósfera en rangos entre los 50 y los 100 años, mientras que los HCFCs y los HFCs son removidos mediante procesos de oxidación química y sus tiempos de vida media son inferiores a los 20 años (excepto el HFC-23 cuya vida media es de 270 años). Finalmente, los PFCs que son moléculas muy inertes, tienen tiempos de vida media entre los 1.000 y los 10.000 años contribuyendo en forma permanente al calentamiento del clima.

El potencial de calentamiento global (GWP, por sus siglas en ingles: Global Warming Potentials) es un indicador del efecto radiativo de una sustancia sobre un horizonte de tiempo escogido, teniendo como base al dióxido de carbono. El GWP es más alto para las especies que absorben mayor radiación o tienen grandes tiempos de vida media. El horizonte de tiempo escogido generalmente es de 100 años, queriendo representar el futuro impacto de la sustancia en los próximos 100 años.

En la tabla 2 se observa que entre las SAO, los gases que tienen mayores GWP son los PFCs, seguidos por los CFCs, los HCFCs y los HFCs (excepto el HFC-23 que tiene un GWP alto).

En resumen, los CFC, que son los principales destructores del ozono estratosférico, también realizan un aporte importante al calentamiento de la troposfera. Una molécula de CFC-12, por ejemplo, tiene un potencial de calentamiento 10 mil veces superior al de una molécula de CO₂. Por eso la reducción o eliminación de estas sustancias, contribuirá de paso a la reducción del efecto invernadero y en consecuencia, del calentamiento global.

Por otra parte, el calentamiento de la troposfera (primera capa de la atmósfera por encima de la superficie terrestre) y el enfriamiento de la estratosfera (la capa situada encima de la troposfera), son dos procesos que ocurren de manera paralela: mientras la primera se calienta (como causa y efecto del cambio climático), la segunda se enfría.

¿Y por qué se enfría la estratósfera?

Aparentemente, por dos razones:

La primera, por la reducción de la capa de ozono, pues una de las funciones de este gas es absorber energía en forma de radiaciones UV, lo cual incrementa la temperatura de esa porción de la atmósfera donde se encuentra.

Menos ozono = menos absorción de energía = menos calor, o sea, más enfriamiento.

La segunda, porque en la medida en que los gases de efecto invernadero absorben la energía calórica que refleja el suelo e impiden que ésta salga de la troposfera (por eso causan calentamiento troposférico), menos calor le llega a la estratósfera desde abajo, lo cual contribuye a su enfriamiento.

 Protocolo de Montreal

Desde la era industrial, las emisiones de los gases que destruyen la capa de ozono se han incrementado, pero este aumento ha sido notorio desde mediados del siglo 20. Varios de estos gases pueden perdurar hasta cientos de años,  favoreciendo el proceso de destrucción del ozono por largos periodos, sin embargo, su  producción y consumo está siendo regulado a nivel mundial bajo el Protocolo de Montreal, sus ajustes y enmiendas (Londres, 1990; Copenhague, 1992; Viena, 1995; Montreal, 1997 y Beijing, 1999).

En septiembre de 1987, se establece el ¿Protocolo de Montreal relativo a las sustancias que agotan la capa de ozono¿, firmado en la actualidad por 180 países, como acuerdo internacional para descontinuar la producción de CFCs, halones y otros químicos y buscar sustitutos más amigables para el ozono. El Protocolo entró en vigor el 1 de enero de 1989, cuando los países  que representaban aproximadamente el 82% del consumo mundial, lo habían ratificado.

El Protocolo propone eliminar la producción de las sustancias más dañinas para la capa de ozono excepto para unos pocos usos críticos, al año 1996 en los países desarrollados y al año 2010 en los países en desarrollo. Como resultado, la concentración total de cloro en la atmósfera inferior que será transportado a la estratosfera ha llegado ya a un máximo. Las concentraciones en la estratosfera llegarán probablemente a un valor máximo al final de este decenio y seguidamente empezarán a disminuir lentamente a medida que los procesos naturales retiren las sustancias que agotan la capa de ozono. Siendo iguales todos los otros elementos, y adhiriéndose a los acuerdos internacionales se prevé que la capa de ozono se recupere aproximadamente en los siguientes cincuenta años.

En Colombia, la Unidad Técnica Ozono del Ministerio de Ambiente Vivienda y Desarrollo Territorial es la oficina encargada del cumplimiento del Protocolo de Montreal. La principal tarea de la Unidad es la identificación, formulación y ejecución de proyectos de reconversión industrial, de acuerdo con las prioridades sectoriales, técnicas, industriales, ambientales, de la política nacional y las establecidas por el Comité Ejecutivo del Protocolo de Montreal.

Relación entre el ozono y la radiación ultravioleta

El ozono estratosférico es considerado benéfico para los humanos y las diferentes formas de vida, ya que, absorbe la radiación UV procedente del sol. Si esta radiación no es absorbida y alcanza la superficie de la tierra, puede incrementar los casos de cáncer en la piel, cataratas y afectar el sistema inmunológico en los humanos así como afectar otras formas de vida como plantas, organismos celulares y ecosistemas acuáticos como el plancton. La cantidad de radiación UV-B que llega a la superficie de un lugar, está inversamente relacionada con el ozono total: a menor cantidad de ozono mayor radiación UV-B ingresa a la superficie. Debido a lo anterior, las mayores cantidades de radiación UV-B se reciben en aquellas regiones donde su contenido de ozono es menor.

Las mayores disminuciones en la cantidad de ozono se han observado sobre el continente Antártico, especialmente en septiembre y octubre y 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.

La absorción de radiación UV por el ozono también constituye una fuente de calor en la estratosfera, presentándose en esta región un incremento de la temperatura con la altura.

La característica de daño de la radiación ultravioleta es llamada la acción o efecto del espectro. La acción del espectro da una medida de la efectividad relativa de la radiación, sobre un rango de longitudes de onda, en la generación de una respuesta biológica. Estas respuestas son: eritemas  o quemaduras producidas por el sol, cambios en el crecimiento de las plantas, o cambios en el ADN molecular. La línea azul de la figura 3 muestra la acción del espectro para el ADN y representa la probabilidad de daño del ADN por efecto de la radiación UV, para diferentes longitudes de onda. Afortunadamente, dónde el ADN se deteriora fácilmente, el ozono absorbe fuertemente la radiación UV. En las longitudes de onda más largas, dónde el ozono absorbe débilmente la radiación UV, el daño al ADN es altamente probable. La línea roja, en la figura muestra el espectro de  la radiación UV en la superficie de la Tierra, suponiendo que el ozono está disminuido en un 10%. La respuesta a esta disminución en el ozono, significaría que el daño al ADN por acción de la radiación ultravioleta aumentaría en un 22%, aproximadamente.

Figura 3. Flujo solar para diferentes altitudes. (Fuente: NASA)

Que podemos hacer

Para proteger la capa de ozono de sustancias como los Clorofluorocarbonos (CFCs), los agentes de extinción de incendios (Halones), los Hidroclorofluorocarbonos (HCFCs), el Bromuro de Metilo, el Metilcloroformo (MCF) y el Tetracloruro de Carbono, emitidos por los productos que compramos o por muchos de los aparatos y equipos de tipo casero o industrial, podemos realizar algunas acciones individuales, tales como:

- Comprar productos cuyas etiquetas indiquen que son libres de CFCs o no nocivos para la capa de ozono.

- Usar extintores que no contengan sustancias agotadoras de la capa de ozono, como los Halones.

- Comprar aerosoles que no contengan sustancias agotadoras de la capa de ozono, como los CFCs.

- Al comprar refrigeradores, congeladores o una combinación de refrigerador - congelador para uso doméstico, revisar que no contengan o requieran para su producción u operación Clorofluorocarbonos (CFC).

- No usar Bromuro de Metilo para fumigar.

- En el mantenimiento de equipos de aire acondicionado de vehículos con CFC-12, verifique que se realice en un taller capaz de recuperar y reciclar el CFC.

- Para hacerle mantenimiento a su vieja nevera, no busque cualquier técnico. Solicite los servicios de técnicos reconocidos con el carné de la Unidad Técnica de Ozono, del Ministerio del Medio Ambiente, que estén entrenados para hacerlo con el menor impacto posible en el ambiente.

- Ayude en su trabajo a identificar elementos, aparatos o equipos que contengan sustancias agotadoras de la capa de ozono, como aire acondicionado, enfriadores de agua, limpiadores y solventes, extintores, etc. e informe a las directivas de la empresa.

- Buscar alternativas culturales al uso de sustancias nocivas: por ejemplo, ¿por qué utilizar crema de afeitar o desodorantes en aerosol cuando conseguimos los mismos productos en crema o en barra? ¿Para qué usar pinturas en aerosol cuando podemos aplicarlas con brocha? ¿O insecticidas en aerosol cuando podemos usar, entre otros medios, la pantufla?

- Si usted es profesor, informe a los estudiantes sobre la importancia en la protección del medio ambiente y en particular la capa de ozono.

- Informe a sus familiares, amigos y vecinos sobre la necesidad de proteger la capa de ozono.

- Salvemos Nuestro Cielo: No Dañemos el O₃zono. SO₃S.