El ozono y la capa de ozono terrestre

El ozono es uno de los gases presentes en la atmósfera sobre los que más se ha escrito y hablado en los últimos treinta años. Su popularidad se inició a finales de los años 80 del siglo pasado, a raíz del descubrimiento del agujero de la capa de ozono, situado sobre la Antártida. En este artículo, os explicamos qué es el ozono, cómo se destruye la capa de ozono, para qué sirve ésta, y os damos algunos consejos para ayudar a cuidar la capa de ozono.

¿Qué es el Ozono?

El ozono (ozone en inglés), es una molécula compuesta por tres átomos de oxígeno; su fórmula, por tanto, es O₃, en lugar de O₂. Se trata de un gas atmosférico de olor acre o metálico y generalmente incoloro, aunque en grandes concentraciones puede volverse azulado.

El ozono fue descubierto por el químico Christian Friedrich Schöbein en el año 1839, precisamente por su olor y, por ello, su nombre deriva de la palabra griega “ozein”, la cual significa “tener olor”.

El ozono se forma cuando se disocian (separan) los dos átomos que componen el oxígeno (O₂), de modo que cada átomo libre se une a otra molécula de oxígeno completa que haya en ese momento, o si hay muchos átomos libres que colisionan entre sí, también pueden dar lugar a ozono, el cual es la forma más activa del oxígeno.

Normalmente, el ozono se forma por efecto de la luz solar (fotolisis) o por una descarga eléctrica. Así, cuando hay una tormenta fuerte, los rayos disocian las moléculas de oxígeno, quedando los átomos libres que, al unirse con otras moléculas sin disociar, forman el ozono. También el mar puede participar en la formación de ozono, debido a que el fuerte oleaje provoca una liberación al aire de átomos libres de oxígeno.

Por otro lado, al mismo tiempo que el ozono es formado, también es destruido. Si el número de moléculas que se crean es el mismo que el de moléculas de ozono que se destruyen, la reacción entra en un equilibrio dinámico. Sin embargo, este equilibrio es muy frágil, por lo que cualquier intervención puede dañar el proceso natural de formación y destrucción del ozono, lo que conllevaría serias consecuencias para la vida en la Tierra.

En cuanto a la destrucción del ozono en el aire, casi el 99% de la radiación ultravioleta del Sol que alcanza la estratosfera (que es en donde abunda este gas), se convierte en calor mediante una reacción química que continuamente recicla moléculas de ozono. Así, cuando la luz ultravioleta impacta en una molécula de ozono, la energía escinde (rompe) la molécula en átomos de oxígeno libres altamente reactivos, y casi de inmediato, estos átomos se recombinan formando ozono una vez más, y liberando energía en forma de calor.

Tipos de Ozono

Durante gran parte de la segunda mitad del siglo XIX y hasta bien entrado el siglo XX, el ozono se consideraba un componente saludable del medio ambiente por los naturalistas y asilos de salud. Sin embargo, esto ha dejado de ser así, y hoy en día, se distingue el ozono bueno, ozono salud, ozono natural u ozono estratosférico, del ozono malo, ozono contaminante u ozono troposférico.

El ozono atmosférico se encuentra de forma natural en diferentes concentraciones entre los 10 y los 40km sobre el nivel del mar, siendo su concentración más alta alrededor de los 25km, en la ozonosfera, capa de ozono o estratosfera. Este ozono estratosférico, actúa como un filtro de los rayos ultravioletas (UV) procedentes del Sol más energéticos pero de menor longitud de onda (290nm o tipo C) y parte de la intermedia o tipo B; y sin este filtro, la existencia de vida en la Tierra sería completamente imposible.

Por otro lado, al margen de la capa de ozono, el 10% del ozono restante está contenido en la troposfera, el cual es peligroso para los seres vivos por su fuerte carácter oxidante y forma parte del esmog o smog fotoquímico.

El mecanismo mediante el cual se genera el ozono en la troposfera es completamente distinto, ya que a esta altura no llegan las radiaciones ultravioletas. En este caso, el ozono troposférico se forma a través de reacciones fotoquímicas entre óxidos de nitrógeno (NOx) y compuestos orgánicos volátiles (COV) derivados de fuentes como la quema de combustible. Estos contaminantes se disocian formando radicales con radiación menos energética, y dichos radicales pueden formar ozono con el oxígeno molecular.

El ozono resultante es un poderoso oxidante (mucho más que el oxígeno molecular), que aparte de actuar como gas de efecto invernadero, también afecta muy negativamente a la salud y al Medio Ambiente. Así pues, a corto plazo, el ozono puede causar: inflamación pulmonar, insuficiencia respiratoria, problemas de asma, tos, enfermedades broncopulmonares, irritación de la faringe y garganta, irritación de los ojos, disminución de la función pulmonar y malestar general.

En concentraciones muy bajas, el ozono ya puede ser nocivo para el tracto respiratorio superior y los pulmones. Incluso a concentraciones extremadamente bajas también puede producir hipersensibilidad bronquial, respuesta inflamatoria en el tejido respiratorio y envejecimiento prematuro si la exposición es prolongada. Y a altas concentraciones, puede también aparecer función renal reducida, fatiga extrema, mareos, inhabilidad para dormir o cianosis. Además, existen evidencias que relacionan la exposición al ozono con empeoramiento de la función reproductiva a largo plazo.

Y en cuanto al Medio Ambiente, el ozono troposférico puede producir daños en la vegetación y perjudicar la reproducción y el desarrollo de las plantas, lo cual conlleva a la disminución de la biodiversidad, del crecimiento de los bosques y el rendimiento de los cultivos. Además, el ozono también reduce la absorción del dióxido de carbono por los vegetales, perjudicando la fotosíntesis; así como también causa este mismo efecto en el fitoplancton marino.

¿Para qué sirve el ozono?

Por otra parte, a pesar de todos los daños que causa el ozono en la salud, éste es utilizado para diversos fines a bajas concentraciones. Además, en muchas ocasiones, el ozono es producido a propósito mediante un generador de ozono u ozonizador, el cual genera una descarga eléctrica (“efecto corona”) al oxígeno que absorbe, para así crear ozono.

La ozonización es cualquier tratamiento en el que se aplique ozono. Las principales aplicaciones de dicho tratamiento son para la desinfección y desodorización del ambiente y para el tratamiento y purificación de aguas. Con ello, se consigue la eliminación de microorganismos patógenos y malos olores.

Una de las principales propiedades del ozono es su fuerte poder oxidante y gracias a esto, es ampliamente utilizado como desinfectante depurador y purificador de aguas minerales. La primera vez que se usó con este fin fue en 1983 y desde entonces, ha ido ganando popularidad y es empleado cada vez más por industrias y particulares. Los beneficios del ozono en este proceso son los siguientes: elimina los olores y sabores, no deja residuos, es compatible con otros tratamientos, no afecta al pH y no colorea el agua.

A nivel industrial, el ozono se utiliza como precursor en la síntesis de algunos compuestos orgánicos, así como también se puede utilizar para purificar el aire, ya que elimina los malos olores sin añadir ningún otro olor para encubrirlo.

¿Qué es la capa de Ozono? Definición

La capa de ozono u ozonosfera es la zona de la estratosfera terrestre que contiene una concentración relativamente alta de ozono. Fue descubierta en 1913 por los físicos franceses Charles Fabry y Henri Buisson. Esta capa, que se extiende aproximadamente de los 15km a los 50km de altitud, reúne el 90% del ozono presente en la atmósfera y absorbe del 97 al 99% de la radiación ultravioleta de baja frecuencia (150-300nm). Sin embargo, pese a su extensión de decenas de kilómetros debido a que las moléculas de ozono están muy dispersas, en caso de que se juntasen todas, la capa de ozono tendría solo un grosor de 3 milímetros.

Además, cabe indicar que la cantidad de ozono total que rodea la Tierra no es uniforme y varía con la latitud y longitud, llegando a valores más altos en las latitudes mayores y valores más bajos en las regiones tropicales. Además, el aire cargado de ozono es transportado a través del globo por vientos estratosféricos, alterando la cantidad de este gas en la atmósfera de un día para otro o según las estaciones del año.

En cuanto al origen de la capa de ozono, ésta se formó por la escisión de las moléculas de oxígeno por acción de la luz solar de forma natural, tal y como ya os hemos explicado, cuyas moléculas permanecen en ese espacio de la estratosfera. Pero para mantener constante la capa de ozono en la estratosfera, la reacción fotoquímica de formación y destrucción del ozono, debe suceder en perfecto equilibrio; no obstante, estas reacciones son fácilmente perturbables por moléculas como los compuestos clorados  y los compuestos bromurados, como veremos más adelante.

Importancia de la capa de ozono, ¿cuál es la función de la capa de ozono?

¿Para qué sirve la capa de ozono? ¿Por qué es importante la capa de ozono? Como ya hemos comentado, la principal función de la capa de ozono para la Tierra, es la de permitir la vida terrestre, haciendo de escudo contra los rayos ultravioleta del Sol. Así, la capa de ozono protege al ser humano y a otras especies de distintas enfermedades, tales como cáncer de piel, melanomas, cataratas en los ojos o la alteración del sistema inmunitario; además de evitar la alteración de los cultivos agrícolas, los cuales son sensibles a esta radiación.

En concreto, el ozono actúa como un filtro de las radiaciones nocivas y de alta energía que llegan a la Tierra procedentes del Sol, permitiendo que pasen otras de onda larga, las cuales favorecen la vida en nuestro planeta, ya que permiten que se realice la fotosíntesis por parte de las plantas que se encuentran en la base de la pirámide trófica.

Por tanto, si las moléculas de ozono se reducen más rápido de lo que pueden recuperarse por las nuevas moléculas de ozono que la naturaleza produce, el resultado es un déficit de ozono. El agotamiento de la capa de ozono resulta en una reducción de su capacidad protectora y por ende, en una mayor exposición de la superficie terrestre a la radiación ultravioleta. Por esto, es importante cuidar la capa de ozono.

Destrucción de la capa de Ozono

En las últimas tres décadas del siglo XX se observó una alarmante reducción de la capa de ozono en el polo sur de nuestro planeta. El descubrimiento de este «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 la revista Nature en mayo de 1985, resultando toda una sorpresa para la comunidad científica.

Así pues, entre las décadas de los setenta y los noventa, las concentraciones de ozono sobre la Antártida disminuyeron hasta el 70 por ciento de la concentración normal. En el año 2006, el agujero de la capa de ozono en la Antártida alcanzó un récord cercano a 29 millones de kilómetros cuadrados. Además, se sabe que este agujero crece a finales de invierno y a principios de primavera, a causa de las variaciones estacionales de temperatura, lo que provoca condiciones ambientales propicias para la destrucción del ozono en las regiones soleadas.

Las principales causas de la destrucción de la capa de ozono se deben a la contaminación atmosférica, ya que la emisión de ciertos gases denominados SAO (Sustancias Agotadoras de Ozono), como los clorofluorocarbono (CFC) y los halocarbonos, es lo que destruye la capa de ozono, lo cual ya fue descubierto por los científicos en los años 70.

Pero, ¿cómo se destruye la capa de ozono? 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 polar. 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 (NEP). Estas nubes actúan como un catalizador heterogéneo al proporcionar una superficie para las reacciones en las que el cloruro de hidrógeno y el nitrato de cloro se convierten en moléculas de cloro reactivas.

Estos gases que suben hasta la atmósfera desde la Tierra, chocan con las moléculas de ozono y le roban un oxígeno a éste, convirtiéndose así en monóxido de cloro o de bromo. Después, al comienzo de la primavera, la luz solar separa al cloro o bromo molecular en sus correspondientes átomos, los cuales son los responsables del adelgazamiento de la capa de ozono y su destrucción, rompiendo el ozono y convirtiéndolo en oxígeno molecular. En promedio, un átomo de cloro es capaz de destruir hasta 100.000 moléculas de ozono, razón por la cual cantidades pequeñas pueden descomponer suficiente ozono para disminuir de manera significativa la capa de ozono.

Sin embargo, para la formación del agujero de la capa de ozono se requiere gran cantidad de gases de halógeno reactivos, temperaturas muy bajas para originar nubes de hielo o nubes estratosféricas polares, aislamiento del aire de otras regiones estratosféricas y luz solar. Por ello, los movimientos de aire atmosféricos transportan las sustancias agotadoras de ozono hacia arriba y hacia los polos de ambos hemisferios. Y las reacciones sobre las superficies de las NEP o nubes de hielo, hacen que las sustancias agotadoras de ozono (SAO) se conviertan en formas todavía más reactivas de cloro, causando un mayor deterioro de la capa de ozono.

Las sustancias agotadoras del ozono (SAO) son sustancias químicas, básicamente hidrocarburos clorados, fluorados o brominizados, que tienen el potencial para reaccionar con las moléculas de ozono en la estratosfera al convertirse en gases reactivos. El daño que causan cada uno de estos contaminantes es función de su Potencial de Agotamiento de Ozono (PAO), lo cual fue descubierto por los científicos Mario Molina (México), Frank Sherwood Rowland (Estados Unidos) y el holandés Paul J. Crutzen, obteniendo por ello el Premio Nobel de Química en 1995.

Así, las sustancias agotadoras de la capa de ozono se clasifican según su capacidad de destruir el ozono estratosférico o Potencial de Agotamiento de Ozono. Las formas más reactivas de gases de halógeno reactivos que se encuentran en la estratosfera son el monóxido de cloro (ClO) y el monóxido de bromo (BrO) así como los átomos de cloro y bromo.

Una SAO incluye:

• Clorofluorcarbonos (CFC)
• Hidrofluorcarbonos (HCFC)
• Halones
• Hidrobromofluorocarbonos (HBFC)
• Bromoclorometano
• 1,1,1-Tricloroetano (metil cloroformo)
• Tetracloruro de carbono
• Bromuro de metilo
• Metilcloroformo

Probablemente, los CFC son las SAO más conocidas. Se trata de sustancias químicas que se empleaban en objetos cotidianos como los electrodomésticos de refrigeración (nevera domésticas, aires acondicionados, congeladores industriales) y aerosoles (desodorantes y pintura en spray, insecticidas, lacas…).

Además, la mayoría de las SAO también son potentes gases de efecto invernadero con un alto potencial de calentamiento global (PCG). De este modo, el hecho de eliminar las SAO, no sólo sirva para proteger la capa de ozono, sino que también contribuye a cuidar del clima.

Consecuencias del adelgazamiento de la capa de ozono

A continuación, os explicamos algunas de las consecuencias de la destrucción de la capa de ozono.

En la salud humana, debido al incremento de la radiación UV-B no filtrada por la capa de ozono, una exposición mayor a ésta puede reprimir el sistema inmunológico al dañar el ADN. Los resultados son incidencias mayores de enfermedades infecciosas, así como efectos adversos a programas de inoculación. La radiación UV-B causa también cáncer de piel tanto el no melanoma (menos riesgoso) como el melanoma cutáneo, violentamente maligno, así como cataratas oculares y el aumento de enfermedades respiratorias como consecuencia del aumento del “Smog” en el aire.

En el Medio Ambiente, el deterioro de la capa de ozono tiene efectos adversos severos en los cultivos sensibles a la radiación ultravioleta y en los bosques. La radiación ultravioleta cambia la composición química de diversas especies de plantas, disminuye su capacidad de fotosíntesis, su crecimiento y su reproducción. Entre las cosechas más vulnerables a la radiación UV-B se encuentran los melones, ciertos tipos de tomates, papas, remolachas y frijol de soja.

Por otro lado, en los ecosistemas marinos, la radiación UV-B daña a los organismos acuáticos del plancton y que se encuentran a menos de 5 metros de profundidad, como el fitoplancton (el cual ve disminuida su capacidad fotosintética), larvas de peces, camarones y cangrejos, que forman parte de la base de las cadenas tróficas.

Y por otra parte, también cabe indicar que materiales comunes de construcción como la pintura, el caucho, la madera y el plástico, se degradarán más rápidamente a causa de la radiación UV-B, particularmente los plásticos y cauchos utilizados en la intemperie. Asimismo, en las regiones tropicales el daño puede ser severo debido a que el efecto de la radiación UV-B aumenta con las altas temperaturas y niveles de resplandor solar.

Cómo cuidar la capa de ozono

Ante dichos problemas de la capa de ozono, el 16 de septiembre de 1987, la ONU firmó el Protocolo de Montreal, y en el año 1994, la Asamblea General de las Naciones Unidas, declaró el día 16 de Septiembre el “Día Internacional para la Preservación de la Capa de Ozono”.

Gracias a estos tratados, en la última década, se ha observado que la capa de ozono se regenera, a la vez que los niveles de clorofluorocarbonos (CFC) en la atmósfera van disminuyendo. La densidad de ozono llegó a su mínimo en el año 2000 y a partir de entonces comienza a recuperarse la capa de ozono. Este descenso permite esperar que en pocas décadas el ozono vuelva a sus niveles originales y que este agujero en la capa de ozono regrese también a su estado original.

No obstante, aunque todavía no ha aparecido en el Ártico un agujero en la capa de ozono tan grande y similar al descubierto en la estratosfera de la Antártida, de acuerdo a observaciones recientes, las condiciones de la atmósfera superior en el hemisferio norte se están asemejando a las de la Antártida. La pérdida de ozono y el efecto invernadero están provocando que la atmósfera superior se enfríe, y con ello se facilite la destrucción de ozono. El resultado podría ser la formación de un agujero en el Ártico o un “evento de disminución de ozono” en los próximos 20 años.

Por ello, todavía está en nuestras manos evitar que esto ocurra y para eso, aquí os proponemos algunas ideas o consejos para cuidar la capa de ozono:

• Evitar consumir productos que contengan: CFC, HCFC, Bromoclorometano y Bromuro de metilo, entre otros, los cuales suelen estar presentes en espumas, sprays, aerosoles, refrigeración, propelentes, fungicidas de suelo, extintores y solventes de laboratorios.

• Compra material aislante sin CFC para tu casa.

• Lleva a cabo un buen mantenimiento del aire acondicionado, de lo contrario permitirás que el CFC pueda llegar a la atmósfera.

• Avisa a un técnico si ves que tu frigorífico no enfría como debería, así como también si esto le ocurre al aire acondicionado del coche.

• Si tienes pensado comprar un aire acondicionado nuevo, no compres uno que contenga CFC.

• Intenta utilizar lo mínimo posible el coche. Busca alternativas como la bicicleta, vehículos eléctricos o el transporte público. Y si tienes que utilizar el coche si o si, prueba a compartir destino con compañeros, amigos, familia, etc.

• Utiliza lo mínimo posible el aire acondicionado y la calefacción.

• Compra bombillas de menor consumo, como las de LED. De esta forma le harás un favor al medio ambiente y a tu bolsillo.

• Sustituye los productos de limpieza del hogar tóxicos por vinagre o bicarbonato, o productos ecológicos.

• Compra productos locales. Cuanta más distancia tengan que viajar tu comida y demás productos, más óxido nitroso producirán los motores que los transporten. Si compras productos locales, no solo será una gran manera de conseguirlos más frescos, sino que también protegerás la capa de ozono.

• Involúcrate. Todos tenemos en nuestras manos la capacidad para marcar la diferencia. Habla con tus jefes; si tienes hijos, habla con sus profesores y responsables para que ellos también se involucren, con tus vecinos… Propón mejoras, ponencias y charlas de concienciación.

Fuentes: Wikipedia Ozono, Wikipedia Agujero de la capa de Ozono, Tiempo.com y Ecología Verde Cuidar la capa de ozono