Agujero de la capa de ozono

Imagen del agujero de ozono más grande en la Antártida registrado en septiembre de 2000. Datos obtenidos por el instrumento Total Ozone Mapping Spectrometer (TOMS) a bordo de un satélite de la NASA.

Se denomina agujero de la capa de ozono a la zona de la atmósfera terrestre donde se producen reducciones anormales de la capa de ozono, fenómeno anual observado durante la primavera en las regiones polares y que es seguido de una recuperación durante el verano. El contenido en ozono se mide en Unidades Dobson (siendo UD=  2.69 × 1016 moléculas/cm² ó  2.69 × 1020 moléculas/m²).

En las mediciones realizadas en tiempos recientes se descubrieron importantes reducciones de las concentraciones de ozono en dicha capa, con especial incidencia en la zona de la Antártida.

Se atribuyó este fenómeno al aumento de la concentración de cloro y de bromo en la estratósfera debido tanto a las emisiones antropogénicas de compuestos químicos, entre los que destacan los compuestos clorofluorocarbonados (CFC) utilizados como fluido refrigerante.

En septiembre de 1987 varios países firmaron el Protocolo de Montreal, en el que se comprometían a reducir a la mitad la producción de CFC en un periodo de 10 años.

Casi el 99 % de la radiación ultravioleta del Sol que alcanza la estratosfera se convierte en calor mediante una reacción química que continuamente recicla moléculas de ozono (O3). Cuando la radiación ultravioleta impacta en una molécula de ozono, la energía escinde a la molécula en átomos de oxígeno altamente reactivos; casi de inmediato, estos átomos se recombinan formando ozono una vez más y liberando energía en forma de calor.

  • La formación de ozono se inicia con la fotólisis (ruptura de enlaces químicos por la energía radiante) del oxígeno molecular por la radiación solar de una longitud de onda menor de 240  nm.
  • El ozono por sí mismo absorbe luz UV de entre 200 y 300  nm:
  • Los átomos de oxígeno, al ser muy reactivos, se combinan con las moléculas de oxígeno para formar ozono:

donde M es cualquier sustancia inerte, como por ejemplo el nitrógeno (N2). El papel que tiene M en esta reacción exotérmica es absorber parte del exceso de energía liberada y prevenir la descomposición espontánea de la molécula de ozono (O3). La energía que no absorbe M es liberada en forma de calor. Cuando las moléculas de M regresan por sí mismas al estado basal, liberan más calor al entorno.

A pesar de que todo el ozono atmosférico en condiciones normales de presión y temperatura (CNPT) sería una capa de sólo unos 3 mm de grosor, su concentración es suficiente para absorber la radiación solar de longitud de onda de 200 a 300  nm. Así, la capa de ozono funciona como un escudo que nos protege de la radiación UV.

Agujeros en la capa de ozono

A mediados de los años 1980 se empezó a acumular pruebas de que a finales del invierno se había formado un “agujero” en la capa de ozono del Polo sur, donde el ozono se había reducido aproximadamente un 50 %. El descubrimiento del "agujero de ozono" antártico fue dado a conocer por los científicos Joe Farman, Brian G. Gardiner y Jon Shanklin, del British Antarctic Survey, a través de un artículo en Nature en mayo de 1985.[3]

Durante el invierno, en la estratosfera se forma una corriente de aire que rodea a la Antártida y que se conoce como “torbellino polar” o vórtice. El aire que queda atrapado en este torbellino se vuelve extremadamente frío durante la noche polar, lo cual favorece la formación de partículas de hielo denominadas nubes polares estratosféricas. Estas nubes actúan como un catalizador heterogéneo al proporcionar una superficie para las reacciones en las que el cloruro de hidrógeno (HCl) de la Tierra y el nitrato de cloro se convierten en moléculas de cloro reactivas:

Al comienzo de la primavera, la luz solar separa al cloro molecular en sus correspondientes átomos de cloro, que son los responsables de la destrucción del ozono.

La situación es menos grave en el Ártico porque en esta región más caliente el torbellino no dura tanto tiempo. El vórtice sella la Antártida y evita las influencias en esta región del resto de la atmósfera. El aislamiento producido por el vórtice impide que el aire más cálido y rico en ozono existente alrededor de la Antártida, proveniente de los trópicos, fluya hacia el polo, lo que ayudaría a reemplazar el ozono destruido y elevar las temperaturas en este continente. En cambio el aire rico en ozono, que es llevado hacia el polo por las ondas planetarias, se junta al borde del vórtice, formando un "anillo" de aire con altas concentraciones de ozono que puede ser visto en las imágenes satelitales.

La NASA señaló que si no se hubiera firmado el tratado de Montreal, dos terceras partes de la capa habría sido destruido y el "agujero" de ozono hubiera sido destruido. El CFC habría aumentado la temperatura mundial en más de un grado Celsis. La radiación ultravioleta, que daña el ADN, hubiera aumentado seis veces. Apenas cinco minutos de exposición al Sol habría causado quemaduras a la piel. Los niveles de rayos ultravioleta durante el verano hubieran aumentado hasta 30. Finalmente, las tormentas de verano del Hemisferio Norte hubieran sido mucho más poderosas.

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