2. El forat d'ozó
2.1. La capa d’ozó de l’estratosfera
2.2 Agents destructors de l'ozó.
2- El forat d'ozó
2.1. La capa d’ozó de l’estratosfera
Afortunadament per a la vida, la proporció de la perillosa radiació ultraviolada que arriba a la superfície terrestre és solament un 10 % de la que, procedent del Sol, arriba a l'atmosfera superior; aquesta reducció és deguda a l’existència de l’anomenada capa d'ozó de l'estratosfera, amb una concentració màxima als 30-40 km d'altura. Aquesta capa d'ozó és com la pell protectora de la Terra. Es forma i destrueix contínuament,mantenint-se en equilibri natural des que la fotosíntesi enriquira d'oxigen l’atmosfera primitiva. L’ozó es produeix bàsicament en les regions equatorials ( presenten major radiació solar), però és transportat pels vents de l'estratosfera i és més abundant damunt dels pols on a més d'acumular-se.
fig.2: Estructura de l’atmosfera i localització de la capa d’ozó
La quantitat d'ozó damunt d'un punt sobre la superfície de la terra es mesura en unitats Dobson (DU) - unes 260 DU al voltant dels tròpics, encara que hi ha fluctuacions estacionals. En 1974, S. Rowland i M. Molina (posteriors premis Nobel en 1995) van alertar sobre la deterioració de la capa d'ozó provocat per l'home, estimant-se que des de 1970 a 1981 havia aprimat aquesta capa en un 40 %. El forat d'ozó antàrtic, demostrat en 1985, havia augmentat unes 13 vegades en 1991: es va confirmar que l'ozó estava destruint-se.
Com es forma la capa d’ozó?
L’ozó és forma quan els raigs UV de la llum del sol incideixen sobre les molècules d’oxigen (O2) de l’estratosfera, dissociant-les en oxigen atòmic (O). L'oxigen atòmic ràpidament es combina amb altres molècules d'oxigen per a formar l'ozó (O3):
O2 + Hv -> O + O (1)
O + O2 -> O3 (2) ( 1/v = l =longitud d'ona < 240 nm)
És irònic que a nivell de la troposfera, l'ozó és un perill per a la salut - és un component principal de boira tòxica fotoquímica. No obstant això, nosaltres no podíem sobreviure sense l’ozó estratosfèric, ja que aquest s’encarrega d’absorbir (i filtrar) la radiació ultraviolada (UV) del Sol, la qual pot causar el càncer de la pell i danyar la vegetació, entre altres coses.
Encara que la radiació UV dissocie la molècula d'ozó, aquest pot tornar-de a formar :
O3 + Hv - > O2 + O (3)
O + O2 - > O3 (2)
L'ozó també és destruit per la reacció següent:
O + O3 - > O2 + O2 (4)
Aquestes
reaccions anomenades Chapman tenen lloc a ritme diferent. La reacció
(2) es fa més a poc a poc amb l'augment de l'altitud
mentre la reacció (3) es fa més ràpidament.
La concentració d'ozó és un equilibri entre aquestes
reaccions que competeixen. La major part de l’ozó estratosfèric
es concentra cap als 20 Km
La reacció (4) era també lenta. Aquesta
reacció no podia destruir tamt ozó com per poder explicar la
seua desaparició en la zona antàrtica. Calien altres reaccions,
més ràpides que controlaren les concentracions d’O3
en l’estratosfera
2.2 Agents destructors de l'ozó.
De manera natural existeixen NO i NO2 formats en reaccionar l'oxigen amb el nitrogen, per l'alta energia dels llampecs en les tempestes. El principal òxid de nitrogen que arriba a l'estratosfera (alliberat per l'home) és el N2O, l’òxid nitrós. Procedeix de les combustions a altes temperatures, avions supersònics i de la desnitrificació de sòls agrícoles. És molt estable, sofreix un trasllat lent, i per fotòlisi, s'incorpora als NOx naturals (Els altres NOx de les combustions, per la seu elevada reactivitat es queden en la troposfera). La concentració de N2O augmenta un 0,25 % per any, podent ser un 50 % superior a l'actual en el 2.040.
La major part de l’òxid nitrós (N2O) es fotodissocia a l’estratosfera, produint nitrogen molecular (N2) i oxigen atòmic (O), però hi ha un 5% que s’oxida a òxid nítric (NO). Una vegada format, l’òxid nítric inicia un cicle de reaccions on es produeix l’eliminació de l’ozó
NO
+ O3. ------------> NO2 +
O2.
NO2 + O <-----------> NO + O2.
_________________________________
O3 + O <----------- O2+ O2.
(resum)
Com es pot observar, els NOx estratosfèrics actuen com a catalitzadors (no es consumeixen) en la reacció de destrucció de l’ozó, la qual es va repetint una vegada i altra. Si aquestes foren les úniques reaccions on participaren els Nox, supasaria una rebaixa important dels nivells d’ozó. No és el cas ja que els Nox també tenen altres raccions com per exemple amb els radicals –OH per originar HNO3 (veure l’apartat de pluja àcida)
2.2.2. Clorofluorocarbonis (CFCs)
Són derivats clorats i fluorats del metà o d'altres hidrocarburs simples. Per ser molt estables (poden tenir una vida mitja major de 100 anys) i bons dissolvents s'usen com propel·lents d'aerosols, en la indústria del fred i com agents unflables d'escumes. De la mateixa família són els halons (amb un àtom de brom CF3Br) usats en els extintors. Aquests compostos es descomponen per fotolisis en l'estratosfera en clor actiu. Cada molècula de clor lliure pot destruir unes 10.000 molècules d'O3. Tot i que que el seu ús està prohibit o regulat, augmenta un 4 % anual la concentració de CFCs en l'estratosfera, a causa del lent termini d'expulsió a l'atmosfera dels materials que els contenen (frigorífics, extintors, aerosols, escumes, i dissolvents).
Fotòlisi dels CFC: CFCl3 + UV ------------- > CFCl2 + Cl
Destrucció de l'ozó: procés que pot durar cent anys, en el qual cada àtom de clor és capaç de destruir fins 10.000 molècules d'ozó .
Cl
+ O3 ---------------> Cl O + O2.
Cl O + O -----------------> Cl + O2.
(es regenera el Cl que pot tornar a destruir noves molècules d’ozó)
O3 + O <----------- O2+
O2. (resum)
Existeix
una tercera reacció (sumider) que afecta tamt els NOx com els CFCs:
NOx + Cl O ---------------> Cl NO3.
Mitjançant aquesta, en formar-se el nitrat de clor es protegeix a l'ozó de l'acció del clor. D'aquesta manera els NO2 presents en l'estratosfera desenvolupen el paper d'atrapar el clor, produint el seua inactivació.
Fig.3: Procés de destrucció de l’ozó causat pels CFCs
1) Els CFC i Halons (CFBr) són compostos molt estables (poden tenir
una vida mitja major de 100 anys). Per tant, quan són alliberats a
l'atmosfera, no són degradats i arriben a l’estratósfera.
2) És en aquest lloc, on són irradiats per la llum UV i es descomponen
ràpidament per a alliberar àtoms de Clor (o Brom), els quals
comencen una cadena de reaccions fotoquímiques que interfereixen amb
l'ozó estratosfèric, tenint com a conseqüència la
destrucció d'aquest últim. S'estima que un àtom de clor,
abans de ser neutralitzat, pot destruir 100.000 molècules d'ozó.
Fig.3: Periodes de vida mitjana de diferents clorofluorocarbonis
El forat d’ozó sovint es confon en la premsa popular i pel gran públic amb el problema d'escalfament global. Mentre hi ha una connexió ja que l'ozó contribueix a aquest efecte hivernacle, el forat d’ozó és una qüestió independent. No obstant això, és altre testimoni de l'efecte de les activitats de l'home sobre l'ambient.
Sobre l’Antàrtida (i recentment sobre l’Àrtic), l'ozó estratosfèric ha estat esgotat durant els darrers 15 anys en determinades èpoques de l'any. Això és degut principalment a l'alliberament de substàncies químiques artificials que contenen el clor com els CFC'S i altres compostos halògens que contenen brom i també òxids de nitrogen (NOX), dels quals hem parlat abans . La pèrdua dramàtica d'ozó en l'estratosfera inferior sobre l’Antàrtida va ser notificada per primera vegada en 1970 per un grup d'investigació britànic que supervisava l'atmosfera damunt d’aquest continent. Al principi els científics van pensar que els seus instruments eren defectuosos.
El forat de l’Antártida (aproximadament 30 vegades Espanya) es deu al fet que els cristalls de gel que formen els núvols estratosfèrics polars (NEP), originades pel fred intens d’aquest continent -85º C en els mesos de juliol-agost (hivern antàrtic), actuen com nuclis de condensació del NO2 (que en estat gasós frenen la destrucció de l'O3 i exerceixen de sumiders). La precipitació amb la neu d'aquests compostos dóna lloc a una atmosfera amb concentracions altes de clor i baixes en NO2, amb la subsegüent destrucció de l'ozó, que es manifesta a la tardor (primavera antàrtica). Aquest fet es potencia amb l'aïllament de l'atmosfera antàrtica per vents en remolí (vòrtex), que impedeix els trasllats dels seus components a altres regions.
Fig.4: Contingut d'ozó a nivell de l'Antàrtida
2.4. Efectes de la disminució de la capa d’ozó
L'efecte de la disminució de l'ozó sobre la superfície terrestre és l'augment dels nivells de radiació ultraviolada-B. Aquest tipus de radiació UV-B danya als éssers humans, animals i plantes. Els increments en la radiació UV-B han estat observats no només sota el forat d'ozó en l’Antártida sinó en altres llocs com els Alps (Europa) i Canadà (Amèrica del Nord).
* Efectes en la salut humana.
** Càncer de pell.
Avui s’estima que els índexs de càncer de pell van augmentar a causa de la disminució de l’ozó estratosfèric. El tipus més comú de càncer de pell, el denominat melanoma, és causa de les exposicions a la radiació UV-B durant diversos anys. Existeixen ja persones que han rebut la dosi d’UV-B que pot provocar aquest tipus de càncer. Es calcula que entre 1979 i 1993 aquest tipus de dosi d’UV-B es va incrementar en un 8,9 per cent en els 55° latitud Nord (aproximadament a l’altura de Copenhaguen i Moscou); 11,1 per cent als 45° latitud Nord (Venècia i Montreal); i 9,8 per cent als 35° latitud Nord (Xipre, Tòkio i Menphis). El terme mitjà entre els 55° i els 35° latitud Nord va anar del 10 per cent i s’estima que els increments van ser majors en l’hemisferi sud.
El Programa de Nacions Unides per al Medi ambient (PNUMA) pronostica que a una taxa anual de 10 per cent de pèrdua d’ozó durant diverses dècades, l’augment en casos de càncer de pell rondarà els 250.000 per any. Fins i tot tenint en compte els acords actuals per a l’eliminació de substàncies que esgoten la capa d’ozó (SAO), un model realista indicaria que el càncer de pell augmentaria a un 25 per cent per sobre del nivell de 1980 per a l’any 2050, al llarg dels 50° latitud Nord..
** El Sistema Immunològic
Les defenses d'una persona per a combatre les infeccions depèn de la fortalesa del seu sistema immunològic. Se sap que l'exposició a la llum ultraviolada redueix l'efectivitat del sistema immunològic. PNUMA suggereix que l'exposició a la radiació UV-B podria influenciar adversament la immunitat contra malalties infeccioses. Per exemple: leishmaniasi i malària, i infeccions micòtiques com la càndida. L'exposició a la radiació UV-B bé pot fer que el sistema immunològic tolere la malaltia en lloc de combatre-la. Això podria significar la inutilitat dels programes de vacunació tant en països industrialitzats com en vies de desenvolupament.
* Ecosistemes Aquàtics
La pèrdua del fitoplancton, base de la cadena alimentària marina, ha estat observada com causa de l'augment de la radiació ultraviolada. Sota el forat d'ozó en l’Antáàtida la productivitat del fitoplancton va decréixer entre el 6 i el 12 per cent. PNUMA indica que un 16 per cent de disminució d'ozó podria resultar en un 5 per cent de pèrdua de fitoplancton, la qual cosa significaria una pèrdua de 7 milions de tones de peix per any -al voltant del 7% de la producció pesquera mundial. El 30 per cent del consum humà de proteïnes prové del mar, aquesta proporció augmenta encara més en els països en vies de desenvolupament.
* Ecosistemes terrestres
Per a algunes
espècies d’animals, un augment de radiació UV-B implica
la formació de càncer de pell. Això s'ha estudiat en
cabres, vaques, gats, gossos, ovelles i animals de laboratori i probablement
estiga assenyalant que que es tracta d'una característica comuna a
diverses espècies. Les infeccions en bovins poden agreujar-se amb un
augment de la radiació UV-B.
En moltes plantes la radiació UV-B pot tenir els següents efectes
adversos: alterar la seva forma i danyar creixement de plantes; reduir el
creixement dels arbres; canviar els temps de florida; fer que les plantes
siguin més vulnerables a les malalties i que produisquen substàncies
tòxiques. Fins i tot podria haver pèrdues de biodiversitat i
espècies. Entre els conreus en els quals es van registrar efectes negatius
a causa de la incidència de la radiació UV-B figuren la soja
i l'arròs.
El primer acord global per a restringir els CFCS va venir amb la signatura del Protocol de Montreal el 1987 en última instància apuntant per a reduir-los a mitjan a l'any 2000. Posteriorment s’han fet dues revisions , de manera que no es fabricarien CFC després de la fi de 1995, limitant la producció industrial d’halocarbons fins l'any 2030.
Es preveu que aquestes limitacions conduiran a una recuperació de la capa d'ozó dintre de 50 anys, però investigacions recents suggereixen que el problema perdure potser més temps de l’esperat.
CONTINUA