El agotamiento del ozono consiste en dos eventos relacionados observados desde finales de la década de 1970: una disminución constante de alrededor del cuatro por ciento en la cantidad total de ozono en la atmósfera de la Tierra (la capa de ozono ) y una disminución mucho mayor en primavera del ozono estratosférico alrededor de las regiones polares de la Tierra. [1] Este último fenómeno se conoce como agujero de ozono . También hay eventos de agotamiento del ozono troposférico polar durante la primavera además de estos eventos estratosféricos.
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"¿Qué pasó con el agujero de ozono?" , Distillations Podcast Episodio 230, 17 de abril de 2018, Science History Institute |
La principal causa del agotamiento del ozono y el agujero de ozono son los productos químicos manufacturados, especialmente los refrigerantes halocarbonados , solventes , propelentes y agentes espumantes fabricados ( clorofluorocarbonos (CFC), HCFC, halones ), a los que se hace referencia como sustancias que agotan la capa de ozono ( SAO ). Estos compuestos se transportan a la estratosfera mediante una mezcla turbulenta después de ser emitidos desde la superficie, mezclándose mucho más rápido de lo que las moléculas pueden asentarse. [2] Una vez en la estratosfera, liberan átomos del grupo halógeno a través de la fotodisociación , que catalizan la descomposición del ozono (O 3 ) en oxígeno (O 2 ). [3] Se observó que ambos tipos de agotamiento del ozono aumentaban a medida que aumentaban las emisiones de halocarbonos.
El agotamiento de la capa de ozono y el agujero de ozono han generado preocupación en todo el mundo por el aumento de los riesgos de cáncer y otros efectos negativos. La capa de ozono evita que la mayoría de las longitudes de onda dañinas de la luz ultravioleta (UV) atraviesen la atmósfera de la Tierra . Estas longitudes de onda causan cáncer de piel , quemaduras solares , ceguera permanente y cataratas , que se prevé que aumentarán drásticamente como resultado del adelgazamiento del ozono, además de dañar plantas y animales. Estas preocupaciones llevaron a la adopción del Protocolo de Montreal en 1987, que prohíbe la producción de CFC, halones y otras sustancias químicas que agotan la capa de ozono.
La prohibición entró en vigor en 1989. Los niveles de ozono se estabilizaron a mediados de la década de 1990 y comenzaron a recuperarse en la década de 2000, ya que el desplazamiento de la corriente en chorro en el hemisferio sur hacia el polo sur se detuvo e incluso podría revertirse. [4] Se proyecta que la recuperación continuará durante el próximo siglo, y se espera que el agujero de ozono alcance los niveles anteriores a 1980 alrededor de 2075. [5] En 2019, la NASA informó que el agujero de ozono era el más pequeño desde que se descubrió por primera vez. en 1982. [6] [7] [8]
El Protocolo de Montreal se considera el acuerdo ambiental internacional más exitoso hasta la fecha. [9] [10]
Resumen del ciclo del ozono
Tres formas (o alótropos ) de oxígeno están involucradas en el ciclo ozono-oxígeno : átomos de oxígeno (O u oxígeno atómico), oxígeno gaseoso ( O
2u oxígeno diatómico) y gas ozono ( O
3u oxígeno triatómico). El ozono se forma en la estratosfera cuando las moléculas de oxígeno se fotodisocian después de absorber fotones ultravioleta. Esto convierte una sola O
2en dos radicales de oxígeno atómico . Los radicales de oxígeno atómico luego se combinan con O separados
2moléculas para crear dos O
3moléculas. Estas moléculas de ozono absorben la luz ultravioleta (UV), tras lo cual el ozono se divide en una molécula de O
2y un átomo de oxígeno. El átomo de oxígeno luego se une a una molécula de oxígeno para regenerar el ozono. Este es un proceso continuo que termina cuando un átomo de oxígeno se recombina con una molécula de ozono para formar dos O
2 moléculas.
O + O
3→ 2 O
2
La cantidad total de ozono en la estratosfera está determinada por un equilibrio entre la producción fotoquímica y la recombinación.
El ozono puede ser destruido por varios catalizadores de radicales libres ; los más importantes son el radical hidroxilo (OH ·), el radical óxido nítrico (NO ·), el radical cloro (Cl ·) y el radical bromo (Br ·). El punto es una notación para indicar que cada especie tiene un electrón desapareado y, por lo tanto, es extremadamente reactivo. Todos estos tienen fuentes tanto naturales como artificiales; En la actualidad, la mayor parte del OH · y NO · en la estratosfera se produce de forma natural, pero la actividad humana ha aumentado drásticamente los niveles de cloro y bromo. [11] Estos elementos se encuentran en compuestos orgánicos estables, especialmente clorofluorocarbonos , que pueden viajar a la estratosfera sin ser destruidos en la troposfera debido a su baja reactividad. Una vez en la estratosfera, los átomos de Cl y Br se liberan de los compuestos originales por la acción de la luz ultravioleta, p. Ej.
CFCl
3+ radiación electromagnética → Cl · + · CFCl
2
El ozono es una molécula altamente reactiva que se reduce fácilmente a la forma de oxígeno más estable con la ayuda de un catalizador. Los átomos de Cl y Br destruyen las moléculas de ozono a través de una variedad de ciclos catalíticos . En el ejemplo más simple de tal ciclo, [12] un átomo de cloro reacciona con una molécula de ozono ( O
3), tomando un átomo de oxígeno para formar monóxido de cloro (ClO) y dejando una molécula de oxígeno ( O
2). El ClO puede reaccionar con una segunda molécula de ozono, liberando el átomo de cloro y produciendo dos moléculas de oxígeno. La abreviatura química de estas reacciones en fase gaseosa es:
- Cl · + O
3→ ClO + O
2
Un átomo de cloro elimina un átomo de oxígeno de una molécula de ozono para producir una molécula de ClO. - ClO + O
3→ Cl · + 2 O
2
Este ClO también puede eliminar un átomo de oxígeno de otra molécula de ozono; el cloro es libre para repetir este ciclo de dos pasos
El efecto general es una disminución en la cantidad de ozono, aunque la velocidad de estos procesos puede disminuir por los efectos de ciclos nulos . También se han descubierto mecanismos más complicados que conducen a la destrucción del ozono en la estratosfera inferior.
Un solo átomo de cloro destruiría continuamente el ozono (por lo tanto, un catalizador) hasta por dos años (la escala de tiempo para el transporte de regreso a la troposfera) excepto por las reacciones que lo eliminan de este ciclo formando especies de reservorio como el cloruro de hidrógeno (HCl). y nitrato de cloro ( ClONO
2). El bromo es incluso más eficaz que el cloro para destruir el ozono por átomo, pero en la actualidad hay mucho menos bromo en la atmósfera. Tanto el cloro como el bromo contribuyen significativamente al agotamiento general del ozono. Los estudios de laboratorio también han demostrado que los átomos de flúor y yodo participan en ciclos catalíticos análogos. Sin embargo, los átomos de flúor reaccionan rápidamente con el agua y el metano para formar HF fuertemente ligado en la estratosfera de la Tierra, mientras que las moléculas orgánicas que contienen yodo reaccionan tan rápidamente en la atmósfera inferior que no llegan a la estratosfera en cantidades significativas.
Un solo átomo de cloro puede reaccionar con un promedio de 100.000 moléculas de ozono antes de ser eliminado del ciclo catalítico. Este hecho, más la cantidad de cloro liberada a la atmósfera anualmente por los clorofluorocarbonos (CFC) y los hidroclorofluorocarbonos (HCFC) demuestra el peligro de los CFC y los HCFC para el medio ambiente. [13] [14]
Observaciones sobre el agotamiento de la capa de ozono
El agujero de ozono generalmente se mide mediante la reducción de la columna de ozono total sobre un punto de la superficie de la Tierra. Normalmente se expresa en unidades Dobson ; abreviado como "DU". La disminución más destacada del ozono se ha producido en la estratosfera inferior. Se han observado disminuciones marcadas en la columna de ozono en la primavera antártica y principios del verano en comparación con principios de la década de 1970 y antes utilizando instrumentos como el Espectrómetro de Cartografía de Ozono Total (TOMS). [15]
Continúan las reducciones de hasta un 70 por ciento en la columna de ozono observadas en el manantial austral (hemisférico sur) sobre la Antártida y que se informó por primera vez en 1985 (Farman et al.). La columna total de ozono antártico en septiembre y octubre ha seguido siendo un 40-50 por ciento más baja que los valores anteriores al agujero de ozono desde la década de 1990. [1] En 2016 se informó una tendencia gradual hacia la "curación". [16] En 2017, la NASA anunció que el agujero de ozono era el más débil desde 1988 debido a las cálidas condiciones estratosféricas. Se espera que se recupere alrededor de 2070. [17]
La cantidad perdida varía más de un año a otro en el Ártico que en la Antártida. Los mayores descensos del Ártico se producen en invierno y primavera, llegando hasta el 30 por ciento cuando la estratosfera es más fría.
Las reacciones que tienen lugar en las nubes estratosféricas polares (PSC) juegan un papel importante en la mejora del agotamiento del ozono. [18] Las PSC se forman más fácilmente en el frío extremo de la estratosfera ártica y antártica. Es por eso que los agujeros de ozono se formaron primero y son más profundos sobre la Antártida. Los primeros modelos no tuvieron en cuenta las PSC y predijeron un agotamiento global gradual, razón por la cual el repentino agujero de ozono en la Antártida fue una sorpresa para muchos científicos. [19] [20] [21]
Es más exacto hablar de agotamiento de la capa de ozono en latitudes medias que en agujeros. El ozono total de la columna disminuyó por debajo de los valores anteriores a 1980 entre 1980 y 1996 para las latitudes medias. En las latitudes medias del norte, luego aumentó desde el valor mínimo en aproximadamente un dos por ciento entre 1996 y 2009 cuando entraron en vigencia las regulaciones y disminuyó la cantidad de cloro en la estratosfera. En las latitudes medias del hemisferio sur, el ozono total se mantuvo constante durante ese período. No hay tendencias significativas en los trópicos, en gran parte porque los compuestos que contienen halógenos no han tenido tiempo de descomponerse y liberar átomos de cloro y bromo en las latitudes tropicales. [1] [22]
Se ha demostrado que las grandes erupciones volcánicas tienen efectos sustanciales, aunque desiguales, de agotamiento del ozono, como se observó con la erupción de 1991 del monte. Pinatubo en Filipinas. [23]
El agotamiento del ozono también explica gran parte de la reducción observada en las temperaturas estratosféricas y de la troposfera superior. [24] [25] La fuente del calor de la estratosfera es la absorción de la radiación ultravioleta por el ozono, por lo que la reducción del ozono conduce al enfriamiento. También se predice cierto enfriamiento estratosférico a partir de aumentos en los gases de efecto invernadero como el CO2y los propios CFC; sin embargo, el enfriamiento inducido por el ozono parece ser el dominante. [26]
Las predicciones de los niveles de ozono siguen siendo difíciles, pero la precisión de las predicciones de los modelos de los valores observados y la concordancia entre las diferentes técnicas de modelado han aumentado constantemente. [1] El Proyecto Global de Investigación y Monitoreo del Ozono de la Organización Meteorológica Mundial — Informe No. 44 se pronuncia enérgicamente a favor del Protocolo de Montreal, pero señala que una Evaluación del PNUMA de 1994 sobrestimó la pérdida de ozono para el período 1994-1997. [27]
Compuestos en la atmósfera
Los clorofluorocarbonos (CFC) y otras sustancias halogenadas que agotan el ozono (SAO) son los principales responsables del agotamiento químico del ozono provocado por el hombre. La cantidad total de halógenos efectivos (cloro y bromo) en la estratosfera se puede calcular y se conocen como cloro estratosférico efectivo equivalente (CESE). [28]
Los CFC como refrigerantes fueron inventados por Thomas Midgley, Jr. en la década de 1930. [29] Fueron utilizados en unidades de aire acondicionado y enfriamiento, como propulsores de aerosoles antes de la década de 1970, y en los procesos de limpieza de equipos electrónicos delicados. También ocurren como subproductos de algunos procesos químicos. Nunca se han identificado fuentes naturales importantes para estos compuestos; su presencia en la atmósfera se debe casi en su totalidad a la fabricación humana. Como se mencionó anteriormente, cuando dichos químicos que agotan la capa de ozono llegan a la estratosfera, se disocian mediante la luz ultravioleta para liberar átomos de cloro. Los átomos de cloro actúan como catalizadores y cada uno puede descomponer decenas de miles de moléculas de ozono antes de ser removidos de la estratosfera. Dada la longevidad de las moléculas de CFC, los tiempos de recuperación se miden en décadas. Se calcula que una molécula de CFC tarda un promedio de cinco a siete años en ir desde el nivel del suelo hasta la atmósfera superior, y puede permanecer allí durante aproximadamente un siglo, destruyendo hasta cien mil moléculas de ozono durante ese tiempo. [30] [ verificación necesaria ]
El 1,1,1-tricloro-2,2,2-trifluoroetano , también conocido como CFC-113a, es uno de los cuatro productos químicos artificiales recientemente descubiertos en la atmósfera por un equipo de la Universidad de East Anglia. El CFC-113a es el único CFC conocido cuya abundancia en la atmósfera sigue aumentando. Su origen sigue siendo un misterio, pero algunos sospechan de fabricación ilegal. El CFC-113a parece haberse acumulado sin cesar desde 1960. Entre 2012 y 2017, las concentraciones del gas aumentaron en un 40 por ciento. [31]
Un estudio realizado por un equipo internacional de investigadores publicado en Nature encontró que desde 2013 las emisiones que provienen principalmente del noreste de China han liberado grandes cantidades del químico prohibido Clorofluorocarbono-11 (CFC-11) a la atmósfera. Los científicos estiman que si no se toman medidas, estas emisiones de CFC-11 retrasarán la recuperación del agujero de ozono del planeta en una década. [32] [33] [34]
Modelado por computadora
Los científicos han atribuido el agotamiento de la capa de ozono al aumento de compuestos halógenos artificiales ( antropogénicos ) de los CFC mediante la combinación de datos de observación con modelos informáticos. Estos complejos modelos de transporte de química (por ejemplo , SLIMCAT , CLaMS - Modelo químico lagrangiano de la estratosfera) funcionan combinando mediciones de campos químicos y meteorológicos con constantes de velocidad de reacción química. Identifican reacciones químicas clave y procesos de transporte que ponen los productos de fotólisis de CFC en contacto con el ozono.
Agujero de ozono y sus causas
El agujero de ozono antártico es un área de la estratosfera antártica en la que los niveles recientes de ozono han caído hasta el 33 por ciento de sus valores anteriores a 1975. El agujero de ozono ocurre durante la primavera antártica, desde septiembre hasta principios de diciembre, cuando los fuertes vientos del oeste comienzan a circular alrededor del continente y crean un contenedor atmosférico. Dentro de este vórtice polar , más del 50 por ciento del ozono estratosférico inferior se destruye durante la primavera antártica. [36]
Como se explicó anteriormente, la causa principal del agotamiento del ozono es la presencia de gases fuente que contienen cloro (principalmente CFC y halocarbonos relacionados). En presencia de luz ultravioleta, estos gases se disocian, liberando átomos de cloro, que luego catalizan la destrucción del ozono. El agotamiento del ozono catalizado por Cl puede tener lugar en la fase gaseosa, pero aumenta drásticamente en presencia de nubes estratosféricas polares (PSC). [37]
Estas nubes estratosféricas polares se forman durante el invierno, en el frío extremo. Los inviernos polares son oscuros y consisten en tres meses sin radiación solar (luz solar). La falta de luz solar contribuye a una disminución de la temperatura y el vórtice polar atrapa y enfría el aire. Las temperaturas oscilan alrededor o por debajo de los -80 ° C. Estas bajas temperaturas forman partículas de nubes. Hay tres tipos de nubes PSC: nubes de ácido nítrico trihidrato, nubes de hielo de agua que se enfrían lentamente y nubes de hielo de agua que se enfrían rápidamente (nacaradas) que proporcionan superficies para reacciones químicas cuyos productos, en la primavera, conducirán a la destrucción del ozono. [38]
Los procesos fotoquímicos involucrados son complejos pero bien conocidos. La observación clave es que, por lo general, la mayor parte del cloro en la estratosfera reside en compuestos "reservorios", principalmente nitrato de cloro ( ClONO
2) así como productos finales estables como HCl. La formación de productos finales elimina esencialmente el Cl del proceso de agotamiento del ozono. El primero secuestra Cl, que luego puede estar disponible mediante la absorción de luz en longitudes de onda más cortas que 400 nm. [39] Sin embargo, durante el invierno y la primavera antárticos, las reacciones en la superficie de las partículas de la nube estratosférica polar convierten estos compuestos "reservorios" en radicales libres reactivos (Cl y ClO). La desnitrificación es el proceso por el cual las nubes eliminan el NO.
2de la estratosfera convirtiéndolo en ácido nítrico en partículas de PSC, que luego se pierden por sedimentación. Esto evita que el ClO recién formado se convierta nuevamente en ClONO
2.
El papel de la luz solar en el agotamiento del ozono es la razón por la cual el agotamiento del ozono antártico es mayor durante la primavera. Durante el invierno, aunque las PSC son más abundantes, no hay luz sobre el poste para provocar reacciones químicas. Sin embargo, durante la primavera, la luz solar regresa y proporciona energía para impulsar reacciones fotoquímicas y derretir las nubes estratosféricas polares, liberando una cantidad considerable de ClO, que impulsa el mecanismo del agujero. Más temperaturas cálidas cerca del final de la primavera rompen el vórtice a mediados de diciembre. Tan cálido, ozono y NO
2-El aire rico fluye desde latitudes más bajas, los PSC se destruyen, el proceso de agotamiento mejorado del ozono se detiene y el agujero de ozono se cierra. [40]
La mayor parte del ozono que se destruye se encuentra en la estratosfera inferior, en contraste con el agotamiento del ozono mucho menor a través de reacciones homogéneas en fase gaseosa, que ocurre principalmente en la estratosfera superior. [41]
Interés en el agotamiento de la capa de ozono
Son comunes los conceptos erróneos y los malentendidos públicos sobre cuestiones complejas como el agotamiento del ozono. El conocimiento científico limitado del público generó confusión sobre el calentamiento global [42] o la percepción del calentamiento global como un subconjunto del "agujero de ozono". [43] Al principio, las ONG ecológicas clásicas se abstuvieron de utilizar el agotamiento de CFC para sus campañas, ya que asumieron que el tema era demasiado complicado. [44] Se activaron mucho más tarde, por ejemplo, en el apoyo de Greenpeace a un frigorífico sin CFC producido por la antigua empresa de Alemania Oriental VEB dkk Scharfenstein. [44] [45]
Las metáforas utilizadas en la discusión sobre CFC (escudo de ozono, agujero de ozono) no son "exactas" en el sentido científico. El "agujero de ozono" es más una depresión , menos "un agujero en el parabrisas". El ozono no desaparece a través de la capa, ni hay un "adelgazamiento" uniforme de la capa de ozono. Sin embargo, resonaron mejor con los no científicos y sus preocupaciones. [46] El agujero de ozono fue visto como un "tema candente" y un riesgo inminente [47] ya que los laicos temían graves consecuencias personales como cáncer de piel, cataratas, daños a las plantas y reducción de las poblaciones de plancton en la zona fótica del océano. No solo a nivel de políticas, la regulación del ozono en comparación con el cambio climático fue mucho mejor en la opinión pública. Los estadounidenses abandonaron voluntariamente los aerosoles antes de que se hiciera cumplir la legislación, mientras que el cambio climático no logró lograr una preocupación y una acción pública comparables. [46] La repentina identificación en 1985 de que había un "agujero" sustancial fue ampliamente difundida en la prensa. El agotamiento del ozono especialmente rápido en la Antártida se había descartado anteriormente como un error de medición. [48] El consenso científico se estableció después de la regulación. [44]
Si bien el agujero de ozono antártico tiene un efecto relativamente pequeño sobre el ozono global, el agujero ha generado un gran interés público porque:
- A muchos les ha preocupado que los agujeros de ozono puedan comenzar a aparecer en otras áreas del globo, aunque hasta la fecha el único otro agotamiento a gran escala es un "hoyuelo" de ozono más pequeño observado durante la primavera ártica alrededor del Polo Norte. El ozono en latitudes medias ha disminuido, pero en un grado mucho menor (una disminución de alrededor del 4 al 5 por ciento).
- Si las condiciones estratosféricas se vuelven más severas (temperaturas más frías, más nubes, más cloro activo), el ozono global puede disminuir a un ritmo mayor. La teoría estándar del calentamiento global predice que la estratosfera se enfriará. [49]
- Cuando el agujero de ozono de la Antártida se rompe cada año, el aire agotado en la capa de ozono se desplaza hacia las regiones cercanas. En Nueva Zelandia se han registrado descensos del nivel de ozono de hasta un 10 por ciento en el mes siguiente a la ruptura del agujero de ozono antártico [50], con intensidades de radiación ultravioleta B aumentando en más del 15 por ciento desde la década de 1970. [51] [52]
Consecuencias del agotamiento de la capa de ozono
Dado que la capa de ozono absorbe la luz ultravioleta UVB del sol, el agotamiento de la capa de ozono aumenta los niveles de UVB en la superficie (todo lo demás igual), lo que podría provocar daños, incluido un aumento del cáncer de piel . Esta fue la razón del Protocolo de Montreal. Aunque las disminuciones en el ozono estratosférico están bien relacionadas con los CFC y los aumentos en los rayos UVB de la superficie, no hay evidencia de observación directa que vincule el agotamiento del ozono con una mayor incidencia de cáncer de piel y daño ocular en los seres humanos. Esto se debe en parte a que los rayos UVA , que también se han relacionado con algunas formas de cáncer de piel, no son absorbidos por el ozono y porque es casi imposible controlar las estadísticas de cambios en el estilo de vida a lo largo del tiempo. El agotamiento de la capa de ozono también puede influir en los patrones de viento. [53]
UV aumentado
El ozono, si bien es un componente minoritario en la atmósfera terrestre, es responsable de la mayor parte de la absorción de la radiación UVB. La cantidad de radiación UVB que penetra a través de la capa de ozono disminuye exponencialmente con el grosor de la trayectoria inclinada y la densidad de la capa. Cuando los niveles de ozono estratosférico disminuyen, los niveles más altos de UVB llegan a la superficie de la Tierra. [1] [54] La formación fenólica impulsada por los rayos ultravioleta en los anillos de los árboles ha fechado el inicio del agotamiento del ozono en las latitudes septentrionales a fines del siglo XVIII. [55]
En octubre de 2008, la Agencia Espacial Ecuatoriana publicó un informe llamado HIPERION. El estudio utilizó instrumentos terrestres en Ecuador y datos de los últimos 28 años de 12 satélites de varios países, y encontró que la radiación ultravioleta que llegaba a las latitudes ecuatoriales era mucho mayor de lo esperado, con el índice ultravioleta subiendo hasta 24 en Quito ; la OMS considera el 11 como un índice extremo y un gran riesgo para la salud. El informe concluyó que los niveles de ozono agotados alrededor de las latitudes medias del planeta ya están poniendo en peligro a grandes poblaciones en estas áreas. [56] Posteriormente, la CONIDA, la Agencia Espacial Peruana, publicó su propio estudio, que arrojó casi los mismos hallazgos que el estudio ecuatoriano.
Efectos biologicos
La principal preocupación pública con respecto al agujero de ozono han sido los efectos del aumento de la radiación ultravioleta en la superficie sobre la salud humana. Hasta ahora, el agotamiento del ozono en la mayoría de los lugares ha sido típicamente de un pequeño porcentaje y, como se señaló anteriormente, no hay evidencia directa de daños a la salud disponible en la mayoría de las latitudes. Si los altos niveles de agotamiento observados en el agujero de ozono fueran comunes en todo el mundo, los efectos podrían ser sustancialmente más dramáticos. Como el agujero de ozono sobre la Antártida ha crecido en algunos casos tanto como para afectar partes de Australia , Nueva Zelanda , Chile , Argentina y Sudáfrica , a los ambientalistas les preocupa que el aumento de los rayos ultravioleta en la superficie pueda ser significativo. [57]
El agotamiento del ozono magnificaría todos los efectos de los rayos ultravioleta en la salud humana , tanto positivos (incluida la producción de vitamina D) como negativos (incluidas las quemaduras solares, el cáncer de piel y las cataratas). Además, el aumento de los rayos ultravioleta en la superficie conduce a un aumento del ozono troposférico, que es un riesgo para la salud de los seres humanos. [58]
Carcinomas de células basales y escamosas
Las formas más comunes de cáncer de piel en los seres humanos, los carcinomas de células basales y escamosas , se han relacionado estrechamente con la exposición a los rayos UVB. El mecanismo por el cual UVB induce estos cánceres es bien conocido: la absorción de la radiación UVB hace que las bases de pirimidina en la molécula de ADN formen dímeros , lo que resulta en errores de transcripción cuando el ADN se replica. Estos cánceres son relativamente leves y rara vez mortales, aunque el tratamiento del carcinoma de células escamosas a veces requiere una cirugía reconstructiva extensa. Al combinar datos epidemiológicos con resultados de estudios en animales, los científicos han estimado que cada disminución del uno por ciento en el ozono estratosférico a largo plazo aumentaría la incidencia de estos cánceres en un 2%. [59]
Melanoma maligno
Otra forma de cáncer de piel, el melanoma maligno , es mucho menos común pero mucho más peligroso, y es letal en aproximadamente el 15-20 por ciento de los casos diagnosticados. La relación entre el melanoma maligno y la exposición a los rayos ultravioleta aún no se comprende completamente, pero parece que tanto los rayos UVB como los UVA están involucrados. Debido a esta incertidumbre, es difícil estimar el efecto del agotamiento del ozono sobre la incidencia del melanoma. Un estudio mostró que un aumento del 10 por ciento en la radiación UVB se asoció con un aumento del 19 por ciento en los melanomas para los hombres y del 16 por ciento para las mujeres. [60] Un estudio de personas en Punta Arenas , en el extremo sur de Chile , mostró un aumento del 56 por ciento en el melanoma y un aumento del 46 por ciento en el cáncer de piel no melanoma durante un período de siete años, junto con una disminución del ozono y un aumento de los niveles de UVB. [61]
Cataratas corticales
Los estudios epidemiológicos sugieren una asociación entre las cataratas corticales oculares y la exposición a los rayos UVB, utilizando aproximaciones burdas de la exposición y varias técnicas de evaluación de cataratas. Se llevó a cabo una evaluación detallada de la exposición ocular a los rayos UVB en un estudio en Chesapeake Bay Watermen, donde los aumentos en la exposición ocular anual promedio se asociaron con un mayor riesgo de opacidad cortical. [62] En este grupo altamente expuesto de hombres predominantemente blancos, la evidencia que relaciona las opacidades corticales con la exposición a la luz solar fue la más fuerte hasta la fecha. Con base en estos resultados, se predice que el agotamiento del ozono causará cientos de miles de cataratas adicionales para 2050. [63]
Aumento del ozono troposférico
El aumento de los rayos ultravioleta en la superficie conduce a un aumento del ozono troposférico . El ozono a nivel del suelo generalmente se reconoce como un riesgo para la salud, ya que el ozono es tóxico debido a sus fuertes propiedades oxidantes . Los riesgos son particularmente altos para los niños pequeños, los ancianos y las personas con asma u otras dificultades respiratorias. En este momento, el ozono a nivel del suelo se produce principalmente por la acción de la radiación UV sobre los gases de combustión de los escapes de los vehículos. [64]
Mayor producción de vitamina D
La vitamina D se produce en la piel mediante la luz ultravioleta. Por lo tanto, una mayor exposición a los rayos UVB aumenta la vitamina D humana en aquellos que tienen deficiencia de ella. [65] Investigaciones recientes (principalmente desde el Protocolo de Montreal) muestran que muchos seres humanos tienen niveles de vitamina D menos que óptimos. En particular, en la población de EE. UU., Se encontró que el cuarto más bajo de vitamina D (<17,8 ng / ml), utilizando información de la Encuesta Nacional de Examen de Salud y Nutrición, estaba asociado con un aumento en la mortalidad por todas las causas en la población general. [66] Si bien el nivel de vitamina D en sangre superior a 100 ng / ml parece elevar el calcio en sangre en exceso y estar asociado con una mayor mortalidad, el cuerpo tiene mecanismos que evitan que la luz solar produzca vitamina D en exceso de las necesidades corporales. [67]
Efectos sobre los animales
Un informe de noviembre de 2011 de científicos del Instituto de Zoología de Londres encontró que las ballenas de la costa de California han mostrado un fuerte aumento en el daño solar, y estos científicos "temen que la capa de ozono sea la culpable". [68] El estudio fotografió y tomó biopsias de piel de más de 150 ballenas en el Golfo de California y encontró "evidencia generalizada de daño epidérmico comúnmente asociado con quemaduras solares agudas y severas", con células que se forman cuando el ADN es dañado por la radiación ultravioleta. Los hallazgos sugieren que "el aumento de los niveles de radiación ultravioleta como resultado del agotamiento de la capa de ozono es el culpable del daño cutáneo observado, de la misma manera que las tasas de cáncer de piel humana han ido en aumento en las últimas décadas". [69] Además de las ballenas, muchos otros animales como perros, gatos, ovejas y los ecosistemas terrestres también sufren los efectos negativos del aumento de las radiaciones UV-B. [70]
Efectos sobre los cultivos
Se esperaría que un aumento de la radiación ultravioleta afectara a los cultivos. Varias especies de plantas económicamente importantes, como el arroz , dependen de las cianobacterias que residen en sus raíces para la retención de nitrógeno . Las cianobacterias son sensibles a la radiación ultravioleta y se verían afectadas por su aumento. [71] "A pesar de los mecanismos para reducir o reparar los efectos del aumento de la radiación ultravioleta, las plantas tienen una capacidad limitada para adaptarse a niveles elevados de UVB, por lo que el crecimiento de las plantas puede verse afectado directamente por la radiación UVB". [72]
Efectos sobre la vida vegetal
Inicialmente se supondría que el agotamiento de la capa de ozono y permitir un exceso de radiación UVB aumentaría el daño causado al ADN de la planta. Los informes han encontrado que cuando las plantas están expuestas a la radiación UVB similar al agotamiento del ozono estratosférico, no hubo un cambio significativo en la altura de la planta o la masa de las hojas, pero mostraron responder en la biomasa de los brotes y el área de las hojas con una pequeña disminución. [73] Sin embargo, se ha demostrado que la radiación UVB reduce el rendimiento cuántico del fotosistema II. [74] El daño de los rayos UVB solo ocurre bajo una exposición extrema, y la mayoría de las plantas también tienen flavonoides que absorben los rayos UVB que les permiten aclimatarse a la radiación presente. Las plantas que se han visto afectadas por la radiación durante el desarrollo se ven más afectadas por la incapacidad de interceptar la luz con un área foliar más grande que por tener sistemas fotosintéticos comprometidos. [75] Es más probable que el daño de la radiación UVB sea significativo en las interacciones de las especies que en las propias plantas. [76]
Política pública
Se desconoce el alcance total del daño que los CFC han causado a la capa de ozono y no se sabrá durante décadas; sin embargo, ya se han observado marcadas disminuciones en la columna de ozono. Las convenciones de Montreal y Viena se instalaron mucho antes de que se estableciera un consenso científico o se resolvieran importantes incertidumbres en el campo científico. [44] El caso del ozono fue comprendido comparativamente bien por los profanos, ya que, por ejemplo, el escudo de ozono o el agujero de ozono eran útiles "metáforas puente fáciles de entender". [46] Los estadounidenses cambiaron voluntariamente los aerosoles, lo que resultó en una pérdida de ventas del 50 por ciento incluso antes de que se hiciera cumplir la legislación. [46]
Después de que un informe de 1976 de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos concluyera que la evidencia científica creíble apoyaba la hipótesis del agotamiento del ozono [77], algunos países, incluidos los Estados Unidos, Canadá, Suecia, Dinamarca y Noruega, tomaron medidas para eliminar el uso de CFC. en latas de aerosol. [78] En ese momento, esto se consideró ampliamente como un primer paso hacia una política de regulación más integral, pero el progreso en esta dirección se desaceleró en los años siguientes, debido a una combinación de factores políticos (resistencia continua de la industria del halocarbono y un cambio general en actitud hacia la regulación ambiental durante los dos primeros años de la administración Reagan) y desarrollos científicos (evaluaciones posteriores de la Academia Nacional que indicaron que las primeras estimaciones de la magnitud del agotamiento del ozono habían sido demasiado grandes). Una patente de fabricación de DuPont crítico para el freón se fija para expirar en 1979 . Estados Unidos prohibió el uso de CFC en aerosoles en 1978. [78] La Comunidad Europea rechazó las propuestas para prohibir los CFC en aerosoles, y en los Estados Unidos, los CFC continuaron utilizándose como refrigerantes y para limpiar placas de circuitos. La producción mundial de CFC cayó drásticamente después de la prohibición de los aerosoles en los Estados Unidos, pero en 1986 había vuelto casi a su nivel de 1976. [78] En 1993, DuPont Canadá cerró su planta de CFC. [79]
La actitud del gobierno de los Estados Unidos comenzó a cambiar nuevamente en 1983, cuando William Ruckelshaus reemplazó a Anne M. Burford como administradora de la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos . Bajo Ruckelshaus y su sucesor, Lee Thomas, la EPA impulsó un enfoque internacional para las regulaciones de halocarbonos. En 1985, veinte naciones, incluida la mayoría de los principales productores de CFC, firmaron la Convención de Viena para la Protección de la Capa de Ozono , que estableció un marco para la negociación de regulaciones internacionales sobre sustancias que agotan la capa de ozono. Ese mismo año, se anunció el descubrimiento del agujero de ozono en la Antártida, lo que provocó un resurgimiento en la atención pública al tema. En 1987, representantes de 43 países firmaron el Protocolo de Montreal . Mientras tanto, la industria de los halocarbonos cambió su posición y comenzó a respaldar un protocolo para limitar la producción de CFC. Sin embargo, este cambio fue desigual con DuPont actuando más rápidamente que sus contrapartes europeas. DuPont puede haber temido acciones judiciales relacionadas con el aumento del cáncer de piel, especialmente porque la EPA había publicado un estudio en 1986 afirmando que se esperaban 40 millones de casos adicionales y 800.000 muertes por cáncer en los EE. UU. En los próximos 88 años. [80] La UE también cambió su posición después de que Alemania abandonara su defensa de la industria de los CFC y comenzara a apoyar movimientos hacia la regulación. El gobierno y la industria de Francia y el Reino Unido intentaron defender sus industrias productoras de CFC incluso después de la firma del Protocolo de Montreal. [81]
En Montreal, los participantes acordaron congelar la producción de CFC a los niveles de 1986 y reducir la producción en un 50 por ciento para 1999. [78] Después de una serie de expediciones científicas a la Antártida, se obtuvieron pruebas convincentes de que el agujero de ozono fue causado por el cloro y el bromo. a partir de organohalógenos artificiales, el Protocolo de Montreal se reforzó en una reunión de 1990 en Londres. Los participantes acordaron eliminar por completo los CFC y los halones (aparte de una cantidad muy pequeña marcada para ciertos usos "esenciales", como los inhaladores para el asma ) para el año 2000 en países que no operan al amparo del Artículo 5 y para 2010 en los signatarios del Artículo 5 (menos desarrollados). [82] En una reunión de 1992 en Copenhague, la fecha de eliminación se trasladó a 1996. [82] En la misma reunión, el bromuro de metilo (MeBr), un fumigante utilizado principalmente en la producción agrícola, se agregó a la lista de sustancias controladas. sustancias. Para todas las sustancias controladas bajo el protocolo, los calendarios de eliminación se retrasaron para los países menos desarrollados ('Artículo 5 (1)'), y la eliminación en estos países fue apoyada por transferencias de experiencia, tecnología y dinero de países que no son del Artículo 5 (1) Partes en el Protocolo. Además, se podrían solicitar exenciones de las listas acordadas en el marco del proceso de Exención para usos esenciales (EUE) para sustancias distintas del metilbromuro y en el marco del proceso de Exención para usos críticos (CUE) para el metilbromuro. [83] [84]
La sociedad civil, incluidas especialmente las ONG, desempeñó un papel fundamental en todas las etapas del desarrollo de políticas previas a la Conferencia de Viena, el Protocolo de Montreal y en la evaluación posterior del cumplimiento. [85] [86] [87] [88] Las principales empresas alegaron que no existían alternativas a los HFC. [89] En un instituto tecnológico de Hamburgo en Alemania se desarrolló un refrigerante de hidrocarburos seguro para la capa de ozono, que consistía en una mezcla de los gases de hidrocarburos propano y butano , y en 1992 llamó la atención de la organización no gubernamental (ONG) Greenpeace. Greenpeace lo llamó " Greenfreeze ". [90] [91] Luego, la ONG trabajó con éxito primero con una empresa pequeña y con dificultades para comercializar un electrodoméstico comenzando en Europa, luego en Asia y luego en América Latina, y recibió un premio del PNUMA en 1997. [92] [93] En 1995, Alemania ya había ilegalizado los refrigeradores con CFC. [93] Desde 2004, corporaciones como Coca-Cola, Carlsberg e IKEA han estado formando una coalición para promover las unidades Greenfreeze seguras para la capa de ozono. La producción se extendió a empresas como Electrolux, Bosch y LG, con ventas que alcanzaron los 300 millones de refrigeradores en 2008. [92] [94] En América Latina, una empresa nacional argentina inició la producción de Greenfreeze en 2003, mientras que el gigante Bosch en Brasil inició una año después. [95] [96] En 2013, unos 700 millones de refrigeradores lo utilizaban, lo que representaba alrededor del 40 por ciento del mercado. [89] En Estados Unidos, sin embargo, el cambio ha sido mucho más lento. Hasta cierto punto, los CFC estaban siendo reemplazados por los hidroclorofluorocarbonos ( HCFC ) menos dañinos , aunque también persisten preocupaciones con respecto a los HCFC. En algunas aplicaciones, se estaban utilizando hidrofluorocarbonos ( HFC ) para reemplazar a los CFC. Los HFC, que no contienen cloro ni bromo, no contribuyen en absoluto al agotamiento del ozono, aunque son potentes gases de efecto invernadero. El más conocido de estos compuestos es probablemente el HFC-134a ( R-134a ), que en los Estados Unidos ha reemplazado en gran medida al CFC-12 ( R-12 ) en los acondicionadores de aire de los automóviles. En análisis de laboratorio (un uso "esencial" anterior), las sustancias que agotan la capa de ozono pueden reemplazarse con varios otros disolventes. [97] Empresas químicas como Du Pont, cuyos representantes incluso desacreditaron a Greenfreeze como "esa tecnología alemana", maniobraron a la EPA para bloquear la tecnología en los EE. UU. Hasta 2011. [98] [99] [100] [101] Ben & Jerry's de Unilever y General Electric, impulsadas por Greenpeace, habían expresado un interés formal en 2008 que figuraba en la aprobación final de la EPA. [92] [102]
Más recientemente, los expertos en políticas han abogado por esfuerzos para vincular los esfuerzos de protección del ozono con los esfuerzos de protección del clima. [103] [104] Muchas SAO son también gases de efecto invernadero, algunos miles de veces más poderosos agentes de forzamiento radiativo que el dióxido de carbono a corto y mediano plazo. Por lo tanto, las políticas que protegen la capa de ozono han tenido beneficios en la mitigación del cambio climático . De hecho, la reducción del forzamiento radiativo debido a las SAO probablemente enmascaró el nivel real de los efectos del cambio climático de otros gases de efecto invernadero y fue responsable de la "desaceleración" del calentamiento global desde mediados de los años noventa. [105] [Se necesitan citas adicionales ] Las decisiones de política en un campo afectan los costos y la eficacia de las mejoras ambientales en el otro.
Requisitos de SAO en la industria marina
La OMI ha enmendado el Reglamento 12 del Anexo VI del MARPOL en relación con las sustancias que agotan la capa de ozono. A partir del 1 de julio de 2010, todos los buques a los que se aplique el Anexo VI del MARPOL deben tener una lista de equipos que utilizan sustancias que agotan la capa de ozono. La lista debe incluir el nombre de las SAO, el tipo y la ubicación del equipo, la cantidad en kg y la fecha. Todos los cambios desde esa fecha deben registrarse en un libro de registro de SAO a bordo que registre todas las liberaciones previstas o no a la atmósfera. Además, también deberían registrarse los nuevos suministros o desembarques de SAO en las instalaciones en tierra.
Perspectivas del agotamiento del ozono
Desde que la adopción y el fortalecimiento del Protocolo de Montreal ha dado lugar a reducciones en las emisiones de CFC, las concentraciones atmosféricas de los compuestos más importantes han ido disminuyendo. Estas sustancias se eliminan gradualmente de la atmósfera; desde que alcanzó su punto máximo en 1994, el nivel de cloro equivalente efectivo (EECl) en la atmósfera había caído alrededor de un 10 por ciento en 2008. La disminución de las sustancias químicas que agotan la capa de ozono también se ha visto significativamente afectada por una disminución de las sustancias químicas que contienen bromo . Los datos sugieren que existen importantes fuentes naturales de bromuro de metilo atmosférico ( CH
3Br ). [1] La eliminación de los CFC significa que el óxido nitroso ( N
2O ), que no está cubierto por el Protocolo de Montreal, se ha convertido en la sustancia que agota la capa de ozono con mayor emisión y se espera que siga siéndolo durante todo el siglo XXI. [106]
Una revisión del IPCC de 2005 de las observaciones del ozono y los cálculos del modelo concluyó que la cantidad global de ozono se ha estabilizado aproximadamente. Aunque se prevé una considerable variabilidad de un año a otro, incluso en las regiones polares donde el agotamiento es mayor, se espera que la capa de ozono comience a recuperarse en las próximas décadas debido a la disminución de las concentraciones de sustancias que agotan el ozono, asumiendo el pleno cumplimiento del Protocolo de Montreal. [107]
Se espera que el agujero de ozono antártico continúe durante décadas. Las concentraciones de ozono en la estratosfera inferior sobre la Antártida aumentarán entre un 5% y un 10% para 2020 y volverán a los niveles anteriores a 1980 aproximadamente en 2060-2075. Esto es de 10 a 25 años más tarde de lo previsto en evaluaciones anteriores, debido a las estimaciones revisadas de las concentraciones atmosféricas de sustancias que agotan la capa de ozono, incluido un uso futuro previsto mayor en los países en desarrollo. Otro factor que puede prolongar el agotamiento del ozono es la reducción de óxidos de nitrógeno por encima de la estratosfera debido a los patrones cambiantes del viento. [108] En 2016 se informó una tendencia gradual hacia la "curación". [16] En 2019, el agujero de ozono estaba en su nivel más pequeño en los treinta años anteriores, debido a que la estratosfera polar más cálida debilitó el vórtice polar. [109]
Historia de la investigación
Sydney Chapman descubrió en 1930 los procesos físicos y químicos básicos que conducen a la formación de una capa de ozono en la estratosfera de la Tierra. La radiación ultravioleta de longitud de onda corta divide un oxígeno ( O
2) molécula en dos átomos de oxígeno (O), que luego se combinan con otras moléculas de oxígeno para formar ozono. El ozono se elimina cuando un átomo de oxígeno y una molécula de ozono se "recombinan" para formar dos moléculas de oxígeno, es decir, O + O
3→ 2 O
2. En la década de 1950, David Bates y Marcel Nicolet presentaron evidencia de que varios radicales libres, en particular el hidroxilo (OH) y el óxido nítrico (NO), podrían catalizar esta reacción de recombinación, reduciendo la cantidad total de ozono. Se sabía que estos radicales libres estaban presentes en la estratosfera y, por lo tanto, se consideraban parte del equilibrio natural; se estimó que, en su ausencia, la capa de ozono tendría aproximadamente el doble de espesor de lo que es actualmente.
En 1970 Paul Crutzen señaló que las emisiones de óxido nitroso ( N
2O ), un gas estable y de larga duración producido por las bacterias del suelo, de la superficie de la Tierra podría afectar la cantidad de óxido nítrico (NO) en la estratosfera. Crutzen demostró que el óxido nitroso vive lo suficiente para llegar a la estratosfera, donde se convierte en NO. Crutzen luego señaló que el uso creciente de fertilizantes podría haber llevado a un aumento en las emisiones de óxido nitroso sobre el fondo natural, lo que a su vez resultaría en un aumento en la cantidad de NO en la estratosfera. Por tanto, la actividad humana podría afectar la capa de ozono estratosférico. Al año siguiente, Crutzen y (independientemente) Harold Johnston sugirieron que las emisiones de NO de los aviones de pasajeros supersónicos , que volarían en la estratosfera inferior, también podrían agotar la capa de ozono. Sin embargo, un análisis más reciente realizado en 1995 por David W. Fahey, científico atmosférico de la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica , encontró que la caída del ozono sería de 1 a 2 por ciento si se operara una flota de 500 aviones supersónicos de pasajeros. [110] Esto, expresó Fahey, no sería un obstáculo para el desarrollo avanzado de aviones de pasajeros supersónicos. [111]
Hipótesis de Rowland-Molina
En 1974, Frank Sherwood Rowland , profesor de química en la Universidad de California en Irvine, y su asociado postdoctoral Mario J. Molina sugirieron que los compuestos halógenos orgánicos de larga duración, como los CFC, podrían comportarse de manera similar a como Crutzen había propuesto para el óxido nitroso. . James Lovelock había descubierto recientemente, durante un crucero en el Atlántico Sur en 1971, que casi todos los compuestos de CFC fabricados desde su invención en 1930 todavía estaban presentes en la atmósfera. Molina y Rowland concluyeron que, como N
2O , los CFC llegarían a la estratosfera donde serían disociados por la luz ultravioleta, liberando átomos de cloro. Un año antes, Richard Stolarski y Ralph Cicerone de la Universidad de Michigan habían demostrado que el Cl es incluso más eficiente que el NO para catalizar la destrucción del ozono. Michael McElroy y Steven Wofsy de la Universidad de Harvard llegaron a conclusiones similares . Sin embargo, ninguno de los grupos se había dado cuenta de que los CFC eran una fuente potencialmente grande de cloro estratosférico; en cambio, habían estado investigando los posibles efectos de las emisiones de HCl del transbordador espacial , que son mucho más pequeñas.
La hipótesis de Rowland-Molina fue fuertemente cuestionada por representantes de las industrias de aerosoles y halocarbonos. Se citó al presidente de la junta directiva de DuPont diciendo que la teoría del agotamiento del ozono es "un cuento de ciencia ficción ... un montón de basura ... un sinsentido total". [112] Robert Abplanalp , el presidente de Precision Valve Corporation (e inventor de la primera válvula práctica para latas de aerosol), escribió al canciller de UC Irvine para quejarse de las declaraciones públicas de Rowland. [113] Sin embargo, en tres años la mayoría de las suposiciones básicas hechas por Rowland y Molina fueron confirmadas por mediciones de laboratorio y por observación directa en la estratosfera. Las concentraciones de los gases de origen (CFC y compuestos relacionados) y las especies de depósito de cloro (HCl y ClONO
2) se midieron en toda la estratosfera y demostraron que los CFC eran de hecho la principal fuente de cloro estratosférico y que casi todos los CFC emitidos llegarían finalmente a la estratosfera. Aún más convincente fue la medición, por James G. Anderson y colaboradores, del monóxido de cloro (ClO) en la estratosfera. El ClO se produce por la reacción del Cl con el ozono; así, su observación demostró que los radicales de Cl no solo estaban presentes en la estratosfera, sino que también estaban involucrados en la destrucción del ozono. McElroy y Wofsy ampliaron el trabajo de Rowland y Molina al mostrar que los átomos de bromo eran catalizadores aún más efectivos para la pérdida de ozono que los átomos de cloro y argumentaron que los compuestos orgánicos bromados conocidos como halones , ampliamente utilizados en extintores de incendios, eran una fuente potencialmente grande de estratosféricos. bromo. En 1976, la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos publicó un informe que concluía que la hipótesis del agotamiento del ozono estaba fuertemente respaldada por la evidencia científica. En respuesta, Estados Unidos, Canadá y Noruega prohibieron el uso de CFC en latas de aerosol en 1978. Las primeras estimaciones eran que, si la producción de CFC continuaba a los niveles de 1977, el ozono atmosférico total después de un siglo aproximadamente alcanzaría un estado estable, 15 al 18 por ciento por debajo de los niveles normales. En 1984, cuando se dispuso de mejores pruebas sobre la velocidad de las reacciones críticas, esta estimación se cambió a un agotamiento en estado estable del 5 al 9 por ciento. [114]
Crutzen, Molina y Rowland recibieron el Premio Nobel de Química de 1995 por su trabajo sobre el ozono estratosférico.
Agujero de ozono antártico
El descubrimiento del "agujero de ozono" antártico por los científicos del British Antarctic Survey Farman , Gardiner y Shanklin (reportado por primera vez en un artículo en Nature en mayo de 1985 [115] ) fue un shock para la comunidad científica, debido a la disminución observada en el ozono polar era mucho más grande de lo que nadie había anticipado. [48] Las mediciones satelitales ( TOMS onbord Nimbus 7 ) que mostraban un agotamiento masivo del ozono alrededor del polo sur estaban disponibles al mismo tiempo. [116] Sin embargo, los algoritmos de control de calidad de los datos los rechazaron inicialmente por no ser razonables (se filtraron como errores ya que los valores eran inesperadamente bajos); el agujero de ozono se detectó solo en los datos de satélite cuando los datos sin procesar se reprocesaron tras la evidencia del agotamiento del ozono en observaciones in situ . [81] Cuando el software se volvió a ejecutar sin las banderas, el agujero de ozono se vio ya en 1976. [117]
Susan Solomon , química atmosférica de la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica (NOAA), propuso que las reacciones químicas en las nubes estratosféricas polares (PSC) en la fría estratosfera antártica causaron un aumento masivo, aunque localizado y estacional, en la cantidad de cloro presente en formas activas que destruyen la capa de ozono. Las nubes estratosféricas polares en la Antártida solo se forman cuando hay temperaturas muy bajas, tan bajas como -80 ° C, y condiciones de principios de primavera. En tales condiciones, los cristales de hielo de la nube proporcionan una superficie adecuada para la conversión de compuestos de cloro no reactivos en compuestos de cloro reactivos, que pueden agotar el ozono fácilmente.
Además, el vórtice polar formado sobre la Antártida es muy estrecho y la reacción que ocurre en la superficie de los cristales de la nube es muy diferente de cuando ocurre en la atmósfera. Estas condiciones han llevado a la formación de agujeros de ozono en la Antártida. Esta hipótesis fue confirmada de manera decisiva, primero por mediciones de laboratorio y luego por mediciones directas, desde tierra y desde aviones a gran altitud , de concentraciones muy elevadas de monóxido de cloro (ClO) en la estratosfera antártica. [118]
También se probaron hipótesis alternativas, que habían atribuido el agujero de ozono a variaciones en la radiación ultravioleta solar oa cambios en los patrones de circulación atmosférica, y se demostró que eran insostenibles. [119]
Mientras tanto, el análisis de las mediciones de ozono de la red mundial de espectrofotómetros Dobson terrestres llevó a un panel internacional a concluir que la capa de ozono de hecho se estaba agotando, en todas las latitudes fuera de los trópicos. [22] Estas tendencias fueron confirmadas por mediciones satelitales. Como consecuencia, las principales naciones productoras de halocarbonos acordaron eliminar gradualmente la producción de CFC, halones y compuestos relacionados, un proceso que se completó en 1996.
Desde 1981, el Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente , bajo los auspicios de la Organización Meteorológica Mundial, ha patrocinado una serie de informes técnicos sobre la Evaluación científica del agotamiento de la capa de ozono , basados en mediciones satelitales. El informe de 2007 mostró que el agujero en la capa de ozono se estaba recuperando y el más pequeño que había sido en aproximadamente una década. [120] El informe de 2010 concluyó que "durante la última década, el ozono global y el ozono en las regiones ártica y antártica ya no está disminuyendo, pero aún no está aumentando. Se prevé que la capa de ozono fuera de las regiones polares se recupere a su nivel anterior a 1980 niveles algún tiempo antes de mediados de este siglo. En contraste, se espera que el agujero de ozono primaveral sobre la Antártida se recupere mucho más tarde ". [121] En 2012, la NOAA y la NASA informaron que "Las temperaturas del aire más cálidas por encima de la Antártida llevaron al segundo agujero de ozono en la temporada más pequeña en 20 años con un promedio de 17,9 millones de kilómetros cuadrados. El agujero alcanzó su tamaño máximo para la temporada el 22 de septiembre, extendiéndose hasta 21,2 millones de kilómetros cuadrados ". [122] Se informó de una tendencia gradual hacia la "curación" en 2016 [16] y luego en 2017. [123] Se informa que la señal de recuperación es evidente incluso en las altitudes de saturación de pérdida de ozono. [124]
El agujero en la capa de ozono de la Tierra sobre el Polo Sur ha afectado la circulación atmosférica en el Hemisferio Sur hasta el ecuador. [125] El agujero de ozono ha influido en la circulación atmosférica hasta los trópicos y ha aumentado las precipitaciones en latitudes bajas subtropicales del hemisferio sur.
"Miniagujero" de ozono ártico
El 3 de marzo de 2005, la revista Nature [126] publicó un artículo que vinculaba el agujero de ozono ártico inusualmente grande de 2004 con la actividad del viento solar.
El 15 de marzo de 2011, se observó una pérdida récord de la capa de ozono, habiéndose destruido aproximadamente la mitad del ozono presente sobre el Ártico. [127] [128] [129] El cambio se atribuyó a inviernos cada vez más fríos en la estratosfera ártica a una altitud de aproximadamente 20 km (12 millas), un cambio asociado con el calentamiento global en una relación que aún está bajo investigación. [128] Para el 25 de marzo, la pérdida de ozono se había convertido en la mayor en comparación con la observada en todos los inviernos anteriores con la posibilidad de que se convirtiera en un agujero de ozono. [130] Esto requeriría que las cantidades de ozono cayeran por debajo de las 200 unidades Dobson, de las 250 registradas en Siberia central. [130] Se predice que la capa de adelgazamiento afectaría partes de Escandinavia y Europa del Este del 30 al 31 de marzo. [130]
El 2 de octubre de 2011, se publicó un estudio en la revista Nature , que decía que entre diciembre de 2010 y marzo de 2011 se destruyó hasta el 80 por ciento del ozono en la atmósfera a unos 20 kilómetros (12 millas) sobre la superficie. [131] El nivel de agotamiento de la capa de ozono fue lo suficientemente severo que los científicos dijeron que podría compararse con el agujero de ozono que se forma sobre la Antártida cada invierno. [131] Según el estudio, "por primera vez, se produjo una pérdida suficiente para ser descrita razonablemente como un agujero de ozono en el Ártico". [131] El estudio analizó datos de los satélites Aura y CALIPSO , y determinó que la pérdida de ozono mayor de lo normal se debió a un período inusualmente largo de clima frío en el Ártico, unos 30 días más de lo habitual, lo que permitió más Se crearán compuestos de cloro que destruyen la capa de ozono. [132] Según Lamont Poole, coautor del estudio, las partículas de nubes y aerosoles en las que se encuentran los compuestos de cloro "eran abundantes en el Ártico hasta mediados de marzo de 2011, mucho más tarde de lo habitual, con cantidades promedio en algunas altitudes similares a los observados en la Antártida, y dramáticamente mayores que los valores cercanos a cero observados en marzo en la mayoría de los inviernos árticos ". [132]
En 2013, los investigadores analizaron los datos y encontraron que el evento ártico de 2010-11 no alcanzó los niveles de agotamiento de la capa de ozono para clasificar como un verdadero agujero. Un agujero en el ozono generalmente se clasifica como 220 unidades Dobson o menos; [133] el agujero del Ártico no se acercó a ese nivel bajo. [134] [135] Desde entonces se ha clasificado como un "miniagujero". [136]
Tras el agotamiento del ozono en 1997 y 2011, los globos meteorológicos midieron una caída del 90% en el ozono sobre el Ártico en marzo de 2020, ya que normalmente registraron 3,5 partes por millón de ozono, en comparación con solo alrededor de 0,3 partes por millón finalmente, debido a temperaturas frías jamás registradas desde 1979, y un fuerte vórtice polar que permitió que los productos químicos, incluidos el cloro y el bromo, se consumieran. [137]
En 2020 se estudió un raro agujero, resultado de temperaturas inusualmente bajas en la atmósfera sobre el polo norte. [138] [139]
Agujero de ozono en el Tíbet
A medida que los inviernos que son más fríos se ven más afectados, a veces hay un agujero de ozono sobre el Tíbet. En 2006, se detectó un agujero de ozono de 2,5 millones de kilómetros cuadrados sobre el Tíbet. [140] También en 2011 apareció un agujero de ozono sobre las regiones montañosas del Tíbet , Xinjiang , Qinghai y el Hindu Kush , junto con un agujero sin precedentes sobre el Ártico, aunque el del Tíbet es mucho menos intenso que los del Ártico o la Antártida. . [141]
Agotamiento potencial por nubes de tormenta
La investigación en 2012 mostró que el mismo proceso que produce el agujero de ozono sobre la Antártida ocurre durante las nubes de tormenta de verano en los Estados Unidos y, por lo tanto, también puede estar destruyendo el ozono allí. [142] [143]
Agotamiento de la capa de ozono y calentamiento global
Entre otros, Robert Watson tuvo un papel en la evaluación científica y en los esfuerzos de regulación del agotamiento del ozono y el calentamiento global . [44] Antes de la década de 1980, la UE, NASA, NAS, PNUMA, OMM y el gobierno británico tenían informes científicos discrepantes y Watson desempeñó un papel en el proceso de evaluaciones unificadas. Sobre la base de la experiencia con el caso del ozono, el IPCC comenzó a trabajar en un informe unificado y una evaluación científica [44] para llegar a un consenso para proporcionar el Resumen del IPCC para los encargados de formular políticas .
Hay varias áreas de vinculación entre el agotamiento del ozono y la ciencia del calentamiento global:
- El mismo CO
2Se espera que el forzamiento radiativo que produce el calentamiento global enfríe la estratosfera. [144] Se espera que este enfriamiento, a su vez, produzca un aumento relativo del ozono ( O
3) el agotamiento en el área polar y la frecuencia de los agujeros de ozono. [145] - Por el contrario, el agotamiento del ozono representa un forzamiento radiativo del sistema climático. Hay dos efectos opuestos: la reducción de ozono hace que la estratosfera absorba menos radiación solar, enfriando así la estratosfera mientras calienta la troposfera; la estratosfera más fría resultante emite menos radiación de onda larga hacia abajo, enfriando así la troposfera. En general, domina el enfriamiento; el IPCC concluye " observado O estratosférico3las pérdidas durante las dos últimas décadas han causado un forzamiento negativo del sistema superficie-troposfera " [24] de aproximadamente −0,15 ± 0,10 vatios por metro cuadrado (W / m 2 ). [107]
- Una de las predicciones más fuertes del efecto invernadero es que la estratosfera se enfriará. [144] Aunque se ha observado este enfriamiento, no es trivial separar los efectos de los cambios en la concentración de gases de efecto invernadero y el agotamiento del ozono, ya que ambos conducirán al enfriamiento. Sin embargo, esto se puede hacer mediante modelos estratosféricos numéricos. Los resultados de la Oceanic and Atmospheric Administración Nacional 's Geophysical Fluid Dynamics Laboratory muestran que por encima de 20 km (12 millas), los gases de efecto invernadero dominan el enfriamiento. [146]
- Como se indica en "Política pública", las sustancias químicas que agotan la capa de ozono también suelen ser gases de efecto invernadero. Los aumentos en las concentraciones de estos productos químicos han producido 0,34 ± 0,03 W / m 2 de forzamiento radiativo, lo que corresponde a aproximadamente el 14 por ciento del forzamiento radiativo total debido al aumento de las concentraciones de gases de efecto invernadero bien mezclados. [107]
- El modelado a largo plazo del proceso, su medición, estudio, diseño de teorías y pruebas lleva décadas para documentarse, obtener una amplia aceptación y, en última instancia, convertirse en el paradigma dominante. Varias teorías sobre la destrucción del ozono se formularon en la década de 1980, se publicaron a fines de la década de 1990 y actualmente se están investigando. El Dr. Drew Schindell y el Dr. Paul Newman, NASA Goddard, propusieron una teoría a fines de la década de 1990, utilizando métodos de modelado computacional para modelar la destrucción del ozono, que representó el 78 por ciento del ozono destruido. Un mayor refinamiento de ese modelo representó el 89 por ciento del ozono destruido, pero retrasó la recuperación estimada del agujero de ozono de 75 a 150 años. (Una parte importante de ese modelo es la falta de vuelo estratosférico debido al agotamiento de los combustibles fósiles).
En 2019, la NASA informó que no había una relación significativa entre el tamaño del agujero de ozono y el cambio climático. [6]
Conceptos erróneos
Peso de CFC
Dado que las moléculas de CFC son más pesadas que el aire (nitrógeno u oxígeno), se cree comúnmente que las moléculas de CFC no pueden alcanzar la estratosfera en cantidades significativas. [147] Sin embargo, los gases atmosféricos no se clasifican por peso; las fuerzas del viento pueden mezclar completamente los gases de la atmósfera. Los CFC más ligeros se distribuyen uniformemente por toda la turbósfera y llegan a la atmósfera superior, [148] aunque algunos de los CFC más pesados no se distribuyen uniformemente. [149]
Porcentaje de cloro sintético
Otro concepto erróneo es que "se acepta generalmente que las fuentes naturales de cloro troposférico son de cuatro a cinco veces más grandes que las creadas por el hombre". Si bien esta afirmación es estrictamente cierta, el cloro troposférico es irrelevante; es el cloro estratosférico el que afecta el agotamiento del ozono. El cloro del rocío del océano es soluble y, por lo tanto, es lavado por la lluvia antes de que llegue a la estratosfera. Los CFC, por el contrario, son insolubles y de larga duración, lo que les permite llegar a la estratosfera. En la atmósfera inferior, hay mucho más cloro de los CFC y haloalcanos relacionados que en el HCl de la niebla salina, y en la estratosfera predominan los halocarbonos. [150] Sólo el cloruro de metilo, que es uno de estos halocarbonos, tiene una fuente principalmente natural, [151] y es responsable de aproximadamente el 20 por ciento del cloro en la estratosfera; el 80 por ciento restante proviene de fuentes artificiales.
Las erupciones volcánicas muy violentas pueden inyectar HCl en la estratosfera, pero los investigadores [152] han demostrado que la contribución no es significativa en comparación con la de los CFC. Una afirmación errónea similar es que los compuestos halógenos solubles de la columna volcánica del monte Erebus en la isla Ross, en la Antártida, son uno de los principales contribuyentes al agujero de ozono antártico. [152]
No obstante, un estudio de 2015 [153] mostró que probablemente se subestimó el papel del volcán Monte Erebus en el agotamiento del ozono antártico. Con base en los datos de reanálisis de NCEP / NCAR durante los últimos 35 años y utilizando el modelo de trayectoria NOAA HYSPLIT , los investigadores demostraron que las emisiones de gases del volcán Erebus (incluido el cloruro de hidrógeno (HCl)) pueden alcanzar la estratosfera antártica a través de ciclones de alta latitud y luego vórtice polar . Dependiendo de la actividad del volcán Erebus, la masa de HCl anual adicional que ingresa a la estratosfera desde Erebus varía de 1.0 a 14.3 kt.
Primera observación
GMB Dobson mencionó que cuando se midieron por primera vez los niveles de ozono en primavera en la Antártida sobre Halley Bay en 1956, se sorprendió al descubrir que eran ~ 320 DU, o aproximadamente 150 DU por debajo de los niveles del Ártico de primavera de ~ 450 DU. En ese momento, estos eran los únicos valores de ozono antártico conocidos disponibles. Lo que Dobson describe es esencialmente la línea de base a partir de la cual se mide el agujero de ozono: los valores reales del agujero de ozono están en el rango de 150-100 UD. [154]
La discrepancia entre el Ártico y la Antártida observada por Dobson fue principalmente una cuestión de tiempo: durante la primavera del Ártico, los niveles de ozono aumentaron suavemente, alcanzando su punto máximo en abril, mientras que en la Antártida se mantuvieron aproximadamente constantes durante principios de la primavera, aumentando abruptamente en noviembre cuando el vórtice polar rompió.
El comportamiento observado en el agujero de ozono antártico es completamente diferente. En lugar de mantenerse constantes, los niveles de ozono de principios de la primavera caen repentinamente de sus ya bajos valores invernales, hasta en un 50 por ciento, y los valores normales no se alcanzan nuevamente hasta diciembre. [155]
Ubicación del hoyo
Algunas personas pensaron que el agujero de ozono debería estar por encima de las fuentes de CFC. Sin embargo, los CFC están bien mezclados a nivel mundial en la troposfera y la estratosfera . La razón de la aparición del agujero de ozono sobre la Antártida no es porque haya más CFC concentrados, sino porque las bajas temperaturas ayudan a formar nubes estratosféricas polares. [156] De hecho, hay hallazgos de "agujeros de ozono" significativos y localizados por encima de otras partes de la tierra, como por encima de Asia Central. [157]
Día mundial del ozono
En 1994, la Asamblea General de las Naciones Unidas votó a favor de designar el 16 de septiembre como Día Internacional para la Preservación de la Capa de Ozono , o "Día Mundial del Ozono", [158] para conmemorar la firma del Protocolo de Montreal [159] en esa fecha en 1987. [160]
Ver también
- Cambio climático en el Ártico
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enlaces externos
- Capa de ozono en Curlie
- Agotamiento de ozono NOAA / ESRL
- Índice de gases que agotan la capa de ozono de la NOAA
- La capa de ozono
- El servicio de ozono estratosférico de MACC ofrece mapas, conjuntos de datos e informes de validación sobre el estado actual y pasado de la capa de ozono.
- Iniciativa de enfriamiento verde sobre tecnologías alternativas de enfriamiento de refrigerantes naturales
- "Ozone Hole: How We Saved the Planet" se estrenó el 10 de abril de 2019 PBS