Gestión de emisiones atmosféricas

Composición atmosférica. Agujero de ozono. CFC (Clorofluorocarbono)

  • Enviado por: Pochala
  • Idioma: castellano
  • País: España España
  • 29 páginas
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ÍNDICE

  • LA ATMÓSFERA Pág. 1

Composición de la atmósfera Pág. 1

Regiones de la atmósfera Pág. 3

Reacciones en la atmósfera Pág. 4

  • EL OZONO Pág. 7

La capa de ozono Pág. 9

Importancia de la capa de ozono Pág. 11

Paradoja del ozono Pág. 12

  • EL AGUJERO DE OZONO Pág. 13

Destrucción de la capa de ozono Pág. 14

Problemática de los clorofluorocarbonos Pág. 15

Producción de CFC en el mundo Pág. 18

El agujero de ozono en la Antártida Pág. 18

Situación actual Pág. 22

Consecuencias de la disminución... Pág. 24

Medidas adoptadas Pág. 25

  • BIBLIOGRAFÍA Pág. 28

LA ATMÓSFERA.

Cuando Yuri Gagarin, el primer cosmonauta, regresó de su viaje orbital alrededor de la Tierra, los periodistas le preguntaron sobre lo que más le había  impresionado de su aventura, Gagarin contestó: «Esa suave y fina piel que rodea a nuestro planeta y que vista desde el espacio, parece tan vulnerable».

De esa suave y fina piel, la atmósfera, depende la vida en la Tierra. Nuestro planeta está envuelto por una delgada capa, esencialmente gaseosa, sujeta a su superficie debido a la acción de la fuerza gravitatoria terrestre y que la acompaña en su movimiento de rotación casi en su totalidad.

El espesor de la atmósfera es de unos mil kilómetros y su masa se estima en cerca de 5.300 billones de toneladas. La densidad de los gases desciende rápidamente con la altura, la mitad de la masa de la atmósfera se encuentra en los primeros cinco kilómetros y a los cincuenta kilómetros de altura se puede decir que estamos prácticamente en el vacío. Es decir, la atmósfera está compuesta por capas gaseosas superpuestas, de las cuales, las más bajas soportan el peso de las que tienen encima. Según ascendemos por las capas, este peso por unidad de superficie, a la que se denomina presión atmosférica, es cada vez menor.

Composición de la atmósfera.

La atmósfera actual es el resultado de la evolución de una atmósfera que rodeó la Tierra cuando ésta se formó tras la muerte de una estrella. La primitiva atmósfera se supone formada por compuestos de hidrógeno, componente mayoritario del Universo, como el metano, el amoniaco y el vapor de agua, los cuales, forman parte de las actuales atmósferas de otros planetas del Sistema Solar.

La radiación solar ha sido la responsable de la transformación de aquella atmósfera en la actual. El amoniaco se descompuso para dar nitrógeno molecular (N2) e hidrógeno molecular (H2), y el agua dio más hidrógeno (H2) y oxígeno molecular (O2). El hidrógeno, que es más ligero, no quedó retenido por las fuerzas gravitatorias escapando al espacio interestelar; así quedó una mezcla de gases formada fundamentalmente por nitrógeno y oxígeno. Una parte del oxígeno reaccionó con los materiales de la corteza terrestre dando lugar a los numerosos compuestos oxigenados actuales. Al comenzar la vida en la Tierra, la fotosíntesis constituyó una fuente adicional de oxígeno.

Teniendo en cuenta los últimos 100 millones de años de la evolución terrestre se puede considerar que la atmósfera tiene una composición homogénea al menos hasta unos 80 km. debido al continuo movimiento del aire, exceptuando el vapor de agua que prácticamente solo aparece en la troposfera o zona inferior de la atmósfera. Los principales componentes de la atmósfera están indicados en la tabla siguiente:

COMPOSICIÓN DEL AIRE

Nombre

Símbolo o fórmula

% Volumen

Nitrógeno

N2

78,084

Oxígeno

O2

20,946

Argón

Ar

0,934

Dióxido de carbono

CO2

0,03225

Neón

Ne

1,818 x10-3

Helio

He

5,24 x10-4

Kriptón

Kr

1,14 x10-4

Xenón

Xe

8,7 x10-5

Metano

CH4

1,6 x10-4

Hidrogeno

H2

5 x10-5

Monóxido de carbono

CO

8 x10-5 a 5 x10-5

Oxido Nitroso

N2O

2 a 4 x10-7

Dióxido de azufre

SO2

7 x10-7 a >1 x10-7

Oxido nítrico

NO

10-3 a 10-4

Dióxido de Nitrógeno

NO2

10-3 a 10-4

Formaldehído

HCHO

"10-5

Amoniaco

NH3

" 10-4

Ozono

O3

0 a 5 x10-5

Los componentes por debajo del Xenón que constituyen menos del 0,1% del total, se generan, excepto el ozono, como consecuencia de los procesos naturales que tienen lugar en la Tierra, aunque muchos de ellos son también contaminantes producidos por el ser humano, y, por tanto, su concentración puede variar de unas zonas y momentos a otros.

Regiones de la atmósfera.

Si la composición se puede considerar constante, la densidad de la atmósfera disminuye a medida que se asciende en altura al disminuir la atracción gravitatoria que la masa terrestre ejerce; de tal forma que la mitad de la masa atmosférica total se concentra en los cinco primeros kilómetros. La temperatura varia también con la altura, hecho que se utiliza para dividir la atmósfera en diferentes capas o regiones.

Las propiedades de cada una de ellas están relacionadas con las reacciones que se producen entre sus componentes y éstas se deben a dichos componentes, a su distinta reactividad, a la radiación que llega a cada zona y a su densidad.

REGIONES O CAPAS DE LA ATMÓSFERA

  • Troposfera: región de una altura aproximada de 4 a 12 km. en la cual la temperatura disminuye paulatinamente con la altura a unos 0,6 0C cada 100 metros. Termina en la tropopausa cuya temperatura es de unos -60 0C. A través de ella existe un intercambio lento de materia con la estratosfera por lo que los contaminantes que se vierten en ambas capas pueden terminar en su vecina.

En la troposfera se acumula la mayor parte del vapor de agua y el CO2 que absorben el 20% de la radiación solar captada por la atmósfera; También absorben parte de la radiación que la superficie de la Tierra emite al enfriarse lo que puede provocar el efecto invernadero.

  • Troposfera u ozonosfera: en ella se invierte el gradiente de temperatura y a 60 km. la temperatura alcanza unos 70 0C. Se caracteriza por el aumento de la cantidad de ozono con relación a la existente en la troposfera. El aumento de temperatura se debe a las reacciones que en ella tienen lugar, dichas reacciones son de fotodisociación.

  • Mesosfera: en ella la temperatura de nuevo disminuye con la altura, llegando a unos 70 0C en la mesopausa. Este descenso es debido a la disminución en la concentración de ozono y la consiguiente reducción en la absorción de la radiación solar por parte de esta sustancia.

  • Termosfera o ionosfera: es la capa más alta. Se caracteriza por un aumento regular de temperatura con la altura, llegando a los 1000 0C en su limite superior (700-800 km.). Este hecho está relacionado con la absorción de la radiación ultravioleta por el oxígeno y nitrógeno molecular. Este aire ionizado mediante esta radiación solar es el responsable de la reflexión de las ondas de radio.

Reacciones en la atmósfera.

Las reacciones naturales que tienen lugar en la atmósfera pueden ser modificadas por los contaminantes que a ella se viertan, provocando algunas nuevas o variando los productos generados. Toda esta modificación dependerá fundamentalmente de las propiedades químicas de cada componente, además de la densidad que llegue a cada región y de la densidad propia de cada una de ellas.

En la alta atmósfera, en las regiones de menor densidad se absorben las radiaciones de alta energía, como la ultravioleta, procedentes del sol impidiendo su llegada a la Tierra y haciendo posible la vida en la superficie terrestre. Las radiaciones ultravioleta dan lugar a reacciones químicas diferentes, como las reacciones de fotodisociación y de ionización.

  • Regiones de fotodisociación: las radiaciones de poca energía, son capaces de disociar moléculas de oxígeno según la reacción:

O2(g) + h (<240 nm) ! 2 0 (g)

En las zonas altas de la atmósfera esta reacción no es de equilibrio pues su baja densidad hace que los átomos de oxígeno no se encuentren o lo hagan con excesiva energía con lo cual no se produce la reacción contraria. El oxígeno atómico provoca la reacción:

2x(O2 + O + M ! O3 + M)

M es por lo general N2 u O2 que contiene un exceso de energía la cual se libera. El ciclo se completa con las reacciones:

O3 + h ( [240 - 310 nm]) ! O2 + O + calor

Este calor calienta la estratosfera u ozonosfera. El resultado final de este ciclo es que la cantidad de ozono se mantiene constante y las radiaciones de alta energía son absorbidas antes de llegar a la superficie terrestre. Una pequeña parte de este ozono puede llegar a la troposfera donde se descompone.

Los óxidos de nitrógeno, NO y NO2 intervienen alterando este ciclo y consumiendo O3, según las reacciones:

NO + O3 ! NO2 + O2

NO + O ! NO + O2

La reacción global es la siguiente, en la cual el “NO” actúa de catalizador:

O + O3 ! 2 O2

Los clorofluorocarbonados (CF2Cl2), actúan de la misma forma, una vez que sobre ellos se ha producido por fotolisis obteniendo cloro atómico muy reactivo. La reacción es:

Cl + O3 ! ClO + O2

Cl + O ! Cl + O2

En la que el cloro es el catalizador que se regenera.

  • Reacciones de fotoionización: se producen en la ionosfera o termosfera y dan lugar a grandes cantidades de iones y electrones libres. Estos iones no subsisten en la mesosfera debido a la mayor densidad de esta región que favorece las colisiones entre ellos y origina moléculas neutras.

Como se ha descrito previamente, las radiaciones de alta energía, es decir, de longitud de onda menor a 300 nm. son absorbidas en las regiones altas de la atmósfera y no llegan a la troposfera. Las radiaciones de menor energía que alcanzan la troposfera no interactuan con igual intensidad que en capas superiores. Tanto el N2 como el O2 son ahora demasiado estables, por lo cual interactuan con los componentes en menor proporción antes señalados; algunos de los cuales pueden presentar concentraciones locales muy altas debido a la actividad humana o a fenómenos naturales temporales (volcanes en erupción, etc.).

Es esta atmósfera con estas características la que controla el calor que llega del sol, distribuyéndolo uniformemente y evitando una variación de 82 a 140 0C entre el día y la noche. El 30% de la radiación incidente se refleja en la atmósfera, nubes y superficie de la Tierra, el 50% llega a la Tierra y la calienta y el 20% restante es absorbido por la atmósfera antes de llegar a la superficie.

Esta atmósfera que en millones de años de evolución ha conseguido una composición que permite la existencia de vida, está siendo alterada por el vertido incontrolado de sustancias llamadas contaminantes. Éstas pueden producir, de hecho lo están haciendo, un deterioro global de la atmósfera.

EL OZONO.

El descubrimiento del ozono data de 1839 en que un químico alemán Christian F. Schönbein, descubrió un gas al que dio este nombre (derivado del griego “zoen”, olor). Es cierto que ya antes algunos científicos habían sospechado de la existencia de alguna sustancia al percibir el extraño olor que se producía en la electrólisis del agua o en las proximidades de maquinas eléctricas en funcionamiento; en un principio, se pensó que se trataba de un peróxido de hidrógeno. Schönbein consiguió medir el ozono atmosférico usando un papel de almidón impregnado con yoduro.

Ya en 1863 se comprobó que su molécula estaba compuesta por tres átomos de oxígeno y se formuló tal y como se conoce actualmente. El ozono es un componente natural del aire, es un gas incoloro (azulado en grandes cantidades) con un olor penetrante y muy reactivo. Posee un gran poder oxidante capaz de reaccionar con muchas sustancias. La mayor parte del ozono existente en la atmósfera se forma y se encuentra en la estratosfera (90%) a una altura entre 12 y 40 km. sobre la superficie terrestre; es el denominado "ozono estratosférico".

Sin embargo, también existe ozono en capas mucho más bajas de la atmósfera, en concreto en la troposfera; este ozono, denominado "ozono troposférico", puede tener un origen natural o ser producto de actividades humanas. El ozono troposférico de origen natural puede proceder de intrusiones estratosféricas o puede aparecer a partir de emisiones procedentes de actividades naturales, como son la misma vegetación, los volcanes y las fermentaciones. En atmósferas contaminadas la aparición de ozono troposférico se debe a ciertas actividades humanas, las cuales emiten a la atmósfera contaminantes primarios o precursores. Estos últimos, en presencia de luz solar, dan lugar a la formación de ozono en las capas bajas de la atmósfera, originando así la conocida "contaminación por ozono".

Todo el ozono contenido en una columna de atmósfera desde el suelo hasta la estratosfera (ozono total) en un lugar determinado es variable a lo largo del año, y depende de la dinámica atmosférica. Si todo el ozono atmosférico se acumulase sobre la superficie de la tierra formaría una capa de un espesor entre 2,5 y 3,5 milímetros en las condiciones de temperatura y presión medias de la superficie. Esta fina capa es, sin embargo, esencial para la vida en la tierra. Para medir la cantidad total de ozono en la atmósfera en un lugar determinado se emplean las unidades Dobson. La unidad Dobson se define como la altura de la columna de ozono, en condiciones estándar de presión y temperatura, expresada en milésimas de centímetro.

BREVE HISTORIA DEL OZONO TROPOSFÉRICO Y ESTRATOSFÉRICO

Ozono troposférico

  • 1858 Houzeau comprueba la existencia de ozono en la troposfera.

  • 1880 Chappuis realiza la primera detección espectroscópica del ozono.

  • 1881 Hartley encuentra la banda de absorción del ozono en torno a los 300 nm. Sugiere que el ozono se encuentra de forma natural en la alta atmósfera en mayor proporción que en la superficie de la tierra.

  • 1930 Se demuestra la existencia de un incremento en la concentración de ozono en la troposfera.

  • 1940 Se descubre que el ozono puede formarse en la troposfera.

  • 1952 Tras producirse grandes daños en cultivos de Los Ángeles, Haagen Suit demuestra que el ozono podría ser el agente causante.

  • Principios de los 70 se piensa que los procesos fotoquímicos podrían tener un papel importante en el ciclo del ozono troposférico.

  • 1988 El principal incremento en la concentración de ozono observado en las últimas décadas es debido a la emisión antropogénica de los precursores de este gas (Chameides).

  • 1989 Prospero y Savoie demuestran que la producción de ozono en la troposfera depende de la emisión de precursores, dispersión y destrucción tanto de ozono como de sus precursores, estación del año, y condiciones meteorológicas.

Ozono Estratosférico

  • 1839 Descubrimiento del ozono por Schöbein.

  • 1880 El ozono absorbe radiación ultravioleta entre 200 y 320 nm, región ultravioleta del espectro (Hartley).

  • 1913 Se determina que la mayor parte del ozono atmosférico se encuentra en la estratosfera.

  • 1920 Primeras medidas cuantitativas del contenido total de ozono.

  • 1930 Chapman desarrolla la teoría fotoquímica de formación del ozono estratosférico.

  • 1934 Primeros sondeos de ozono, observándose el máximo en torno a los 20 km. de altitud (ozonosfera).

  • 1966 Primeras medidas del ozono desde satélites.

  • 1971-1974 Se formulan hipótesis sobre los mecanismos de destrucción del ozono por los NOx y ClOx.

  • 1984 Se detectan sobre Syowa (Antártida) valores anormalmente bajos del contenido de ozono total.

  • 1985 Se confirma la existencia de un agujero en la capa de ozono durante la primavera antártica.

  • 1988 En la baja estratosfera se observan disminuciones de las concentraciones de ozono del orden del 10%. Los compuestos halocarbonados, producto de actividades humanas, son señalados como los causantes del agujero de ozono.

La capa de ozono.

La capa de ozono es la zona de la atmósfera entre los 19 y los 48 km. por encima de la superficie de la Tierra. El ozono se encuentra muy desigualmente repartido en las capas atmosféricas; las inferiores contienen a partir de los 20 km. de altura, aumentando su proporción para alcanzar la mayor densidad hacia los 50 km. y disminuir posteriormente hasta los 80. Por esta razón recibe el nombre de ozonosfera (capa de ozono) hallándose encima de la estratosfera y debajo de la ionosfera. En ella se producen concentraciones de ozono de hasta 10 ppm.

El ozono se forma por acción de la luz solar sobre el oxígeno y aunque lleva ocurriendo muchos millones de años, los compuestos naturales de nitrógeno presentes en la atmósfera parecen ser responsables de que la concentración de ozono haya permanecido a un nivel razonablemente estable. La luz ultravioleta disocia la molécula de O2 en dos átomos de oxígeno, los cuales pueden reaccionar con otras moléculas de oxígeno, originando así ozono estratosférico. Este bombardeo de las moléculas de oxígeno por parte de los iones y los electrones procedentes del sol y su presencia en la atmósfera hacen posible la absorción de la casi totalidad de la radiación ultravioleta solar que incide sobre la Tierra. De este modo se evita la acción destructora sobre los órganos vivos que llevaría a cabo la radiación procedente del sol sin el filtro de la capa de ozono gaseoso. La cantidad de ozono en la atmósfera varia según el lugar y el tiempo, aumenta desde las zonas tropicales a los polos y experimenta una oscilación anual imperceptible en el ecuador y una de mayor amplitud en los polos, con un máximo en la primavera y un mínimo en el otoño.

La producción de ozono está compensada en la atmósfera por varios procesos naturales de destrucción catalítica, de los cuales el primero es directo, incluyendo únicamente especies halotrópicas de oxígeno:

O3 + h ! O2 + O (=240-320 nm)

Este proceso fue identificado por primera vez por el físico inglés Chapman en 1930. Como producto de reacción se obtiene nuevamente oxígeno atómico que puede reiniciar el proceso de producción de ozono, por lo que se ha mantenido un equilibrio natural entre las tres formas halotrópicas del oxígeno hasta nuestros días; por tanto, también se produce esta otra reacción:

O3 + O ! 2 O2

Como balance global quedaría dos moléculas de O3 que se transforman en tres de O2 sin dejar oxígeno atómico disponible. Existen otros ciclos catalíticos que involucran especies presentes de forma natural en la atmósfera como son los radicales hidróxilo o hidroperóxilo.

Importancia de la capa de ozono.

Es precisamente en estos procesos fotoquímicos donde estriba la importancia de la capa de ozono en nuestra atmósfera pues, aunque, el O2 es capaz de absorber parte de la radiación U.V. procedente del sol, es el O3 el que realmente absorbe con gran intensidad las radiaciones de onda comprendidas entre 280 y los 340 nm.

En dosis moderadas y a tiempos de exposición breves la radiación U.V. resulta beneficiosa, es conocida por su acción bactericida o su intervención en la síntesis de la vitamina D. Sin embargo, esa radiación ultravioleta, en caso de no ser detenida por la capa de ozono, puede romper los enlaces de las moléculas orgánicas, produciendo fragmentos muy reactivos. Además, es suficientemente enérgica como para ser absorbida por la cadena de ADN y romperla, pudiendo reunirse los fragmentos en una secuencia diferente de la normal. Entre los efectos más graves se encuentran los cánceres de piel, en especial en personas de piel clara.

Comprobada la severidad de la selección natural con los organismos cuyo ADN era sensible a la radiación visible o infrarroja, se puede presumir el futuro que tendrán los seres vivos que no sean capaces de soportar la radiación U.V., en el caso de que desapareciese la capa que los protege.

En diversos estudios se ha estimado que una reducción de la capa de ozono en un 1% puede acarrear que la dosis de radiación U.V.-B (biológicamente efectiva) que alcance la superficie al nivel del mar aumente en torno a un 2%. Si se intenta evaluar los daños para otros aumentos, habría que considerar no solo cuanto ozono se pierde, sino en que lugar y cuando, pues la radiación U.V.-B varía de forma natural con la hora del día, la altitud y la latitud y la estación del año.

Los efectos del aumento de la radiación son el aumento de casos de cáncer de piel, de cataratas y el debilitamiento del sistema inmunológico del ser humano. Los efectos sobre otras especies animales son similares. En cuanto a los cultivos y, en general a las especies vegetales que pueblan la Tierra, el daño causado sería más que evidente, especialmente por cuanto se refiere a las especies más sensibles a estas radiaciones que irían desapareciendo.

Aparte de todos esos efectos biológicos también son muy importantes los efectos climáticos, que se fundamentan en la llegada a la superficie terrestre de mayores niveles de energía, lo que contribuiría a aumentar la temperatura, participando así el cambio climático, con todas las consecuencias que éste podría llegar a acarrear.

Paradoja del ozono.

El ozono es un escudo que resguarda la existencia de vida. El ozono es un contaminante nocivo. En la estratosfera, el lugar que originalmente y debido a la evolución natural le corresponde, el ozono efectivamente sirve para preservar todo tipo de vida en la Tierra. Pero aquí abajo, en troposfera, es un producto contaminante para las personas. El ser humano libera enormes cantidades de hidrocarburos al aire, principalmente debido a la combustión de gasolina de los automóviles. La luz solar reacciona con estos hidrocarburos y produce ozono. La especie humana no está hecha para respirar ozono; recientemente, los científicos se han dado cuenta que es más peligroso para la salud humana de los que antes se pensaba. Hay quienes han hecho un llamado urgente a fin de que se tomen las medidas estrictas tocantes a la contaminación de ozono, pero de poco a servido.

Sin embargo, se podría pensar que el ozono de la troposfera serviría para tapar el hueco que hay en la estratosfera. Esta suposición se hace inviable debido a que el ozono es demasiado inestable para semejante viaje; mucho antes de llegar a la estratosfera, se disgregaría. Algunos científicos han ideado proyectos fantásticos para transportar ozono a la estratosfera, mediante dirigibles o misiles. No obstante, admiten que el costo sería enorme. Por lo visto, la única solución seria no destruirlo allí arriba, ni fabricarlo aquí abajo.

EL AGUJERO DE OZONO.

La capa de ozono, según investigaciones científicas, se está reduciendo entre un 2 y 3 % cada año. La disminución del espesor de la capa de ozono fue por mucho tiempo un misterio. Explicaciones ligadas a los ciclos solares o a características dinámicas de la atmósfera parecen infundadas y hoy en día parece probado que es debido al aumento de las emisiones del freón (Clorofluorcarbono o C.F.C), un gas que se usa en la industria de los aerosoles, plásticos y los circuitos de refrigeración y aire acondicionado. El CFC es un gas liviano que se eleva hasta la estratosfera y debido a que es muy estable puede permanecer allí por centenas de años. Sin embargo, los rayos ultravioletas en contacto con el CFC producen una reacción química que libera el cloro y el bromo causando la destrucción del ozono. Así, los mismos rayos, que ya no son los detenidos, alcanzan la superficie de la tierra en mayor cantidad e intensidad.

Hasta hace apenas unos pocos años, la destrucción de la capa de ozono debida a las emisiones de CFC era considerada como una amenaza remota, como algo de la ciencia-ficción. Pero pocas cuestiones han alcanzado tanta importancia como lo sucedido con este problema entre 1985 y 1986, pues nuevos descubrimientos han puesto en evidencia que se trata de algo verdaderamente urgente. Los investigadores descubrieron que en la Antártida se había producido una impresionante disminución de esta capa protectora desde 1979. Así, aquello que hoy se conoce como "agujero del ozono", ya ha alcanzado una dimensión igual al doble de la superficie de los Estados Unidos.

Con todo, parte del uso del freón en realidad es superfluo, ya que podría sustituirse con productos similares y con la vuelta a los sistemas viejos, tales como nebulizadores en vez de aerosoles en los desodorantes y el propano en las espumas de afeitar, por ejemplo. El problema de la reducción de las emisiones de CFC es pues, un enfrentamiento entre los intereses de la industria y la salud global del planeta.

Destrucción de la capa de ozono.

En 1974, los científicos empezaron a sospechar que los clorofluorcarbonos (CFC) eran los gases que destruían el ozono. Los CFC se utilizan para fabricar todo tipo de producto de espumas de plástico, desde el aislante de espuma en la rama de la construcción hasta los vasos y envases para las llamadas «comidas rápidas». Se utilizan como gas impulsor para los «sprays» de aerosol, como refrigerantes en los aparatos de aire acondicionado y frigoríficos, como disolventes para limpiar equipos electrónicos y muchos usos más.

Estos compuestos son muy estables por lo que su destrutibilidad persiste y, cuando salen de algunos de los materiales nombrados anteriormente, son arrastrados lentamente hasta la atmósfera. Allí, al ser bombardeado por los rayos ultravioleta, finalmente se descomponen y liberan al verdadero culpable: el cloro; el cual danza con las frágiles moléculas de ozono, a las que destruye y de las que luego se aleja intacto, dando vueltas hasta que se encuentra con otra molécula de ozono a la que también destruye.

Una molécula de cloro puede continuar de este modo por más de un siglo, destruyendo así unas 100.000 moléculas de ozono. Y, en el futuro existe un riesgo de destrucción importante, por el posible aumento del cloro en la estratosfera.

La destrucción de la capa de ozono se origina, además de por el empleo de contaminantes como los clorofluorcarbonos (CFC), por otras causas; las deforestaciones y el constante bombardeo de la atmósfera con los llamados gases invernadero, producidos por los diversos contaminantes liberados desde la tierra. Estos gases son emitidos por las centrales eléctricas que utilizan carbono y petróleo (dióxido de azufre y oxido de nitrógeno). Las investigaciones científicas señalan que para fines del siglo entrante, la destrucción del ozono estará por el orden de 3 a 10 % por el uso de aerosoles.

Respecto a la destrucción de la capa de ozono, se trata del único problema ambiental que ha encontrado una acción global unánime de todos los países del mundo. Para contrarrestarlo se ha limitado sistemáticamente la producción de gases CFC y halones en los próximos años. Los científicos creen que de eliminarse por completo la producción de sustancias que destruyen la capa de ozono, el agujero detectado en la Antártida podría dejar de existir en la segunda mitad del próximo siglo (S. XXI).

Se puede comprobar entonces, la ironía de esta crisis relacionada con el ozono; allá arriba (estratosfera) donde se necesita, lo estamos destruyendo y aquí abajo (troposfera) donde es venenoso lo estamos fabricando.

Problemática de los clorofluorocarbonos (CFC).

Estos compuestos fabricados por Du-Pont a partir de 1930, alcanzaron rápidamente una amplia difusión debido a las ventajas que proporcionaban en los usos a los que se fueron aplicando; como propelentes en pulverizadores, como refrigerantes en frigoríficos, en sistemas de aire acondicionado etc., como propulsores de espumas de polímeros etc. A esas ventajas de tipo técnico, se le unían características como su casi nula reactividad y especialmente su nula toxicidad para los seres vivos, incluidos los seres humanos. Cada año crecía el número de miles de toneladas producidas y consumidas, especialmente en los países mas industrializados.

Los gases como los CFC-11 y CFC-12 no se degradan en la troposfera al no reaccionar con el radical hidróxilo ni con ningún otro oxidante potencial, por lo que son libres de moverse. Por esta misma razón pueden aprovechar las ocasiones en las que es posible el paso a la estratosfera para pasar a esta capa y alcanzar el nivel en que se encuentra la capa de ozono. Una vez allí, la radiación U.V. es capaz de romper la molécula liberando átomos de cloro o, mejor, radicales monoatómicos de cloro (Cl).

CFCl3 + h ! CFCl2 + Cl

Estos radicales cloro pueden reaccionar con hidrocarburos, como el metano generando ácido clorhídrico:

Cl + CH4 ! CH3· + HCl

Aunque también puede participar en ciclos catalíticos que destruyen el ozono, a través de la formación del radical monóxido de cloro (ClO).

Cl· + O3 ! ClO· + O2+

ClO· + O ! Cl· + O2

Con balance global:

O3 + O2 ! 2 O2

Gestión de emisiones atmosféricas

Cantidades menores de cloro pueden ser producidas por las erupciones volcánicas o por el transporte a la estratosfera de cloruro de metilo, producido en los océanos o en los incendios de biomasa; en todo caso los niveles de cloro de origen natural son menores a los de origen antropogénico. Como conclusión, los científicos Molina y Rowland predijeron un posible daño sobre la capa de ozono que podría alcanzar entre el 15 y el 20 %, pero con una aparición relativamente lenta.

La destrucción del ozono por la acción catalítica del cloro, apoyadas por loa cálculos de Crutzen, fue objeto de ataques y descalificaciones, aunque ya en 1978 las grandes industrias químicas aceptaron que podían tener fundamento. Con motivo de estos trabajos, en EE.UU., Canadá, Suecia, Noruega y algunos otros lugares, se prohibió el uso de los CFC en usos como es el caso de los «sprays» y otros usos no indispensables.

Desde 1957 se venían efectuando mediciones de los niveles de ozono atmosférico en la estación de Halley Bay en la Antártica igual que en otras de distintos países instaladas en el continente helado. Registrando una evolución estacional de los niveles de ozono, pero conservando unos niveles promedio anuales estables. Sin embargo, por primera vez en el Simposium de Salónica en 1984 el japonés Shigero Chubachi, intentó alertar de una pérdida anormal de ozono, observada en sus mediciones en la base Syowa durante la primavera austral de 1984. Ciertamente sus esfuerzos fueron infructuosos, pero en 1985, una publicación de Joseph C. Farman y sus colaboradores de los datos obtenidos puso de manifiesto una pérdida de ozono creciente, de hasta el 35%, entre 1970 y 1984 en la primavera. Posteriormente los datos obtenidos por el satélite Nimbus-7 de la N.A.S.A. y las sucesivas campañas de mediciones de estos mismos grupos de investigación y de otros, como el norteamericano dirigido por Susan Salomón desde agosto de 1986 en adelante, confirmaron la veracidad de la progresiva destrucción de la capa de ozono. En 1985 ya llegó a alcanzar el 60% de la concentración considerada normal en esas latitudes y el proceso ha seguido aumentando en años posteriores, alcanzando niveles absolutamente alarmantes en los últimos años.

Al traducir los datos tomados por los equipos de teledetección del satélite mediante un código de colores para observar de forma más intuitiva la apariencia real del problema, alguien apreció como un “agujero” sobre el continente antártico, lo que dio lugar al nombre con el que se conoce el fenómeno, si bien hay que resaltar que se estaba ante un adelgazamiento de la capa de ozono, una disminución de la concentración de ozono en la atmósfera, sin llegar a agujero.

Producción de CFC en el mundo.

La Unión Europea ocupa el primer puesto, 39,9 % en la lista de los mayores productores de CFC según un informe presentado por la organización ambientalista GREENPEACE. El segundo lugar lo ocupa los Estados Unidos con el 37,7%, seguido de Japón que posee el 12,3 % del mercado mundial de CFC, Europa del Este con el 7,2 %, China y los países en desarrollo con el 2,9 %. A pesar de los llamamientos de alerta lanzados por los científicos y organizaciones ambientalistas se ha hecho muy poco por proteger la capa de ozono, agregando que la producción mundial de CFC en los últimos sesenta años, en vez de disminuir se ha multiplicado.

De las 100 mil toneladas producidas en 1930 se pasó a un millón en el 60, a 10 millones en el 80, y a los 16 millones en 1990; se prevee que para este año 2000 se producirá unos 24 millones de toneladas. Son aproximadamente cuarenta industrias repartidas en 25 países del mundo, las que producen el CFC y otras sustancias que destruyen la capa de ozono. Las más importantes, sin embargo, solo cinco: La “Dupont" de Estados Unidos, la "ICI" de Inglaterra, "Hoeschst" de Alemania, la "Atochem" de Francia y la italiana "Montefluos".

Sustancias como el halos, CFC y tetracloruro de carbono no deberán ser producidos a partir del 2000 y el metilcloroformo en el 2005, pero según GREENPEACE, antes de estas fechas se expulsarán en el aire 8 millones de toneladas de CFC.

El agujero de ozono en la Antártida.

A la vista de la situación, la interpretación de los fenómenos observados acaparó los esfuerzos de investigadores de todo el mundo. Para empezar, la ausencia de un comportamiento claramente análogo en el Polo Norte hizo que se centrara la atención sobre la propia climatología de la estratosfera en la Antártica, conocida sobre todo por las investigaciones realizadas con ocasión del Año Geofísico Internacional y basada en la situación de la estratosfera por encima del continente antártico, situación conocida como vértice polar. No obstante, se tienen evidencias de la aparición del fenómeno en el Polo Norte, e incluso se confirma en latitudes medias con un constante crecimiento hasta el momento presente.

En años anteriores a la aparición del agujero de ozono, tras el descenso en los niveles de ozono durante la primavera austral, se observaba un rápido aumento de concentración a finales de noviembre que continuaba hasta alcanzar el máximo en marzo. Desde 1977 ese aumento no se ha producido y los valores máximos disminuyen lenta pero sensiblemente año tras año.

La atribución de responsabilidades de este fenómeno se centró en dos posibles causas: o bien se trataba de algún contaminante emitido directamente en la estratosfera o de alguna sustancia emitida a nivel del suelo en la troposfera y que fuese capaz de llegar intacta hasta la capa de ozono y reaccionar allí química y fotoquímicamente con el ozono. En el primer caso, se dirigió la mirada a los cohetes pero la consideración del número de éstos, condujo a descartarlos. Buscando un sujeto para la segunda posibilidad, los científicos se han puesto de acuerdo en considerar como culpable a los óxidos de nitrógeno y a los clorofluorocarbonos.

Se han determinado seis procesos que, sucediendo uno tras otro o simultáneamente, influyen han provocado la situación actual:

  • El vértice polar.- El aire de la Antártida se enfría durante el invierno por lo que desciende. El efecto Coriolis hace que este aire en descenso forme una fuerte corriente en dirección oeste alrededor del polo (vértice polar) que aísla (no está claro si casi totalmente o hay una cierta comunicación con las zonas vecinas) el aire de la Antártida durante todos estos meses. Cuando llega la primavera, a pesar de que el aire comienza a calentarse, permanece el vértice polar hasta noviembre.

  • Nubes polares estratosféricas.- Las temperaturas en la parte baja de la estratosfera llegan a ser extraordinariamente frías, inferiores a -80 0C. En estas condiciones se forman numerosas nubes en la estratosfera, compuestas principalmente de ácido nítrico y agua cristalizados.

  • Reacciones en las nubes polares estratosféricas.- El cloro que está en las moléculas no destructoras del ozono como cloruro de hidrógeno o nitrato de cloro reacciona sobre las superficies de las partículas que forman las nubes polares estratosféricas. El ácido clohídrico se va disolviendo en las partículas conforme ellas se van formando y el ClONO2 se va absorbiendo con reacciones como:

  • ClONO2 + HCl ! Cl2 + HNO3

    ClONO2+ H2O ! HOCl + HNO3

    El HNO3 permanece en las partículas de la nube. Además, las nubes facilitan una reacción catalítica que retira óxidos de nitrógeno (NOx) a base de reacciones como:

    N2O5 + H2O ! 2 HNO3

    N2O5 + HCl ! ClNO2 + HNO3

    Y como el N2O5 está en equilibrio con el NO2:

    2 N2O5 ! 4 NO2 + O2

      El efecto final es que el NO2 se elimina de la fase gaseosa y va quedando "secuestrado" en las nubes en forma de ácido nítrico. 

  • Sedimentación y desnitrificación.- A veces las nubes se hacen tan grandes que descienden de la estratosfera, arrastrando el ácido nítrico (desnitrificación). La desnitrificación aumenta la denoxificación.

  • Fotólisis de los compuestos de cloro activos.- El Cl2 y el HOCl producidos se fotolisan con facilidad, incluso en el invierno antártico en el que hay pocos rayos U.V. porque el sol está muy bajo y sus rayos han tenido que atravesar una gruesa capa de atmósfera que retiene a muchos rayos U.V. Las moléculas de Cl2 absorben rayos U.V.-A y visibles:

  • Cl2 + h ! 2 Cl

    Cl + O3 ! ClO + O2

    Así se producen grandes cantidades de ClO que reaccionarían con el NO2 formando ClONO2 que vuelve a formar parte de la reserva de moléculas no destructoras del ozono que contienen Cl. Pero los procesos de denoxificación y desnitrificación estudiados antes impiden que esto suceda al haber retirado NO2.

  • Destrucción catalítica del ozono por el cloro activo.- Como se ha visto en el apartado correspondiente, el Cl y el ClO originan un eficaz ciclo catalítico de destrucción del ozono. Sin embargo, este ciclo usa átomos de oxígeno libres que sólo son suficientemente abundantes como para justificar el proceso en la parte alta de la estratosfera. Pero no hay suficiente número en la parte baja de la estratosfera como para explicar el proceso de destrucción del ozono que tiene lugar en ella. Parece que aquí el mecanismo principal implica al peróxido de cloro (ClOOCl), en reacciones:

  • ClO + ClO ! ClOOCl

    (a) ClOOCl + h ! Cl + ClOO

    ClOO ! Cl + O2

    2 Cl + 2 O3 ! 2 ClO + 2 O2

    Efecto neto: 2 O3 ! 3 O2

    A las temperaturas a las que tiene lugar esta reacción es muy rápida y domina el proceso de destrucción del ozono. El paso (a) de la reacción necesita radiación U.V. que sólo llega a ser abundante en la parte baja de la estratosfera en la primavera. Así se explica que durante el invierno tiene lugar una gran acumulación de ClO y ClOOCl que es seguida de una masiva destrucción de ozono en primavera. Se cree que este mecanismo es responsable de alrededor del 70% de la pérdida del ozono.

      Otro mecanismo que se ha identificado emplea cloro y bromo Se cree que este conjunto de reacciones es responsable de alrededor del 20% de la pérdida de ozono de la Antártida. 

    ClO + BrO ! Br + Cl + O2

    Br + O3 ! BrO + O2

    Cl + O3 ! ClO + O2

    Efecto neto: 2 O3 ! 3 O2

    Se conocen otros mecanismos, aunque se considera que su papel es menos relevante que los explicados.

    Situación actual.

    Los últimos datos disponibles confirman las peores previsiones, con disminuciones de la capa de ozono sobre la Antártida que permiten hablar apropiadamente de “agujero” por cuanto, en fechas concretas, prácticamente se ha llegado a niveles de ozono indetectables.

    Evolución del agujero en la capa de ozono sobre la Antártida.

    Periodo desde el 15 de agosto al 1 de diciembre de 1995.

    En Septiembre y Octubre de 1996 el agujero llegó a un tamaño del orden unos 22 a 26 millones de km2; no obstante, en 1996 no se registraron valores por debajo de 100 unidades Dobson La influencia de las variables físicas meteorológicas y de la dinámica atmosférica permiten explicar las variaciones de unos años respecto a otros.

    Se han detectado “agujeros” sobre el polo Norte, que ya alcanzan niveles de destrucción del ozono en torno al 40-50% de los niveles considerados normales. Igualmente, se han medido niveles de ozono decrecientes en latitudes más altas, sobre el continente europeo, sobre el norte del americano, calculándose, por ejemplo, sobre España descensos del 4% entre 1979 y 1996, implicando el aumento de un 14% en la irradiación U.V.-B en ese mismo plazo de tiempo.

    Medición de ozono (unidades Dobson) en tres latitudes distintas.

    La nave espacial "GALILEO" en su ruta hacia Júpiter, estudió la capa de ozono, determinando que el principal agujero es más grande de lo que se pensaba y está rodeado de una capa fina de hielo cristalizado. Algunos investigadores consideran que el hielo que recubre el agujero en la capa de ozono actúa como catalizador fotosensible y destruye todavía más el ozono. Es por esta causa que la capa de ozono está disminuyendo con mayor rapidez. Consideran los científicos venezolanos que el hielo en la estratosfera es un factor constante. En cambio el dióxido de carbono es un factor que va en aumento año tras año. 

    No cabe duda de que la disminución de la capa de ozono ésta ocasionando un incremento de la energía que alcanza la superficie de la Tierra y, por supuesto, de la radiación U.V., con las consecuencias nocivas tanto para la especie humana como para los animales, pudiendo llegar, sin duda, a modificar la flora y la fauna.

    Consecuencias de la disminución de la capa de ozono.

     

    La salud humana se vería seriamente afectada por una serie de enfermedades que pueden aumentar tanto en frecuencia como en severidad (el sarampión, los herpes, la malaria, la lepra, la varicela y el cáncer de piel, todas de origen cutáneo). La exposición a la radiación ultravioleta ocasiona también trastornos oculares y muy especialmente cataratas causantes de ceguera.

    Menos alimentos: las radiaciones ultravioleta afectan la capacidad de las plantas de absorber la luz del sol en el proceso de fotosíntesis. También puede verse reducido el contenido nutritivo y el crecimiento de las plantas.

    El clima va a cambiar por las emisiones de CFC, las cuales pueden contribuir al calentamiento global. La atmósfera actúa como un invernadero para la Tierra al dejar pasar la luz, pero retiene el calor. El aumento de la cantidad de ciertos gases aumenta la capacidad de la tierra para bloquear el calor, lo cual causa temperaturas más elevadas y cambios climáticos.

    El nivel del mar aumentaría como consecuencia de la expansión de sus aguas, cuando se recalienten y derritan los glaciares. Sostienen los científicos que para el año 2050 el aumento del mar será de 0,3 a 1,2 metros, produciéndose inundaciones costeras y erosiones. También pronostican contaminaciones de suministros hídricos por la ausencia de agua salada y se verá afectadas la economía de las zonas costeras. Entre otros fenómenos extremos se producirán huracanes, ciclones, olas de frío intensos y tifones.

    Los materiales de construcción usados en edificios, pinturas, envases y en muchos otros lugares, son degradados por la acción de las radiaciones ultravioleta.

    Medidas adoptadas.

    A pesar de que la alarma hace tiempo que ha saltado, las medidas adoptadas para frenar el deterioro y restablecer el óptimo estado de la capa de ozono son insuficientes. El poco empeño que ponen en su cumplimiento tanto los gobiernos de los distintos países como las grandes y poderosas entidades privadas, hace dudar que en un futuro no muy lejano el problema del agujero en la capa de ozono se haya solucionado.

    Es imprescindible estudiar la necesidad de acelerar la progresiva eliminación de los productos que dañan la capa de ozono y extender la lucha a nuevas sustancias. La ampliación de los controles y la financiación de proyectos para conseguir nuevas tecnologías que permitan eliminar el uso de productos nocivos, se hace también indispensable.

    Si se cumplen las previsiones y prohibiciones contenidas en el Protocolo de Montreal y sus sucesivas revisiones y si se hace caso de los modelos que han propuesto distintos grupos de investigación, los niveles de cloro tenderán a disminuir y, con ellos, se producirá un aumento de los niveles de ozono hasta llegar a valores considerados normales a mediados del siglo XXI.

    Aunque, mientras la crisis del ozono aumenta con el paso de cada año, el mundo todavía consume del 31 al 40 % de las sustancias destructoras del ozono que consumíamos diez años atrás. Las actuales fechas de eliminación de los CFC, HCFC y bromuro de metilo son inadecuadas para la protección del ozono. Es necesario un calendario de eliminación de emergencia para estas sustancias. Tal calendario es factible, pues existen tecnologías medioambientalmente seguras asequibles para la mayoría de sus aplicaciones. Más aún, el Protocolo de Montreal tiene la responsabilidad moral de controlar el uso extensivo de los HFC, en especial del HFC-134a, los cuales son medioambientalmente insostenibles.

    ACUERDOS DEL PROTOCOLO DE MONTREAL

    SOBRE SUSTANCIAS QUE DESTRUYEN LA CAPA DE OZONO

    La Convención de Viena sobre la capa de ozono se aprobó en 1985. A partir de ella, en 1987 se desarrolló en el Protocolo de Montreal sobre sustancias que destruyen la capa de ozono. El Protocolo de Montreal se ha ido actualizando desde entonces, a la vista de su insuficiencia para detener la progresiva destrucción de la capa de ozono. En 1990 se aprobaron las enmiendas de Londres, en 1992 las de Copenhague, en 1995 las de Viena y en 1997 las de Montreal. En todas esas enmiendas se fueron añadiendo nuevas sustancias a controlar bajo el Protocolo, y/o se acordaron nuevas fechas de reducción y/o eliminación de las distintas sustancias.

    Existen compromisos diferenciados para cada sustancia y cada país. Los países vienen clasificados en el Protocolo según países industrializados (Artículo 2) o en vías de desarrollo (Artículo 5). Algunos países, y también la Unión Europea, han adoptado calendarios, para algunas sustancias, más estrictos que los del Protocolo de Montreal.

    La tabla refleja los compromisos vigentes tras la aprobación de las enmiendas de Montreal, en septiembre de 1997. Los porcentajes indican la reducción en la fabricación y/o uso de esa sustancia obligatoria en la fecha indicada.

    SUSTANCIAS

    PAÍSES ARTÍCULO 2

    PAÍSES ARTÍCULO 5

    CFC-11, 12, 113, 114, 115

    Año base: 1986
    Congelación en 1989
    75% en 1994
    100% en 1996

    Año base: 1996
    Congelación: 1999
    50% en 2005
    85% en 2007
    100% en 2010

    Halón 1201, 1301, 2402

    Año base: 1986
    Congelación en 1992

    100% en 1994

    Año base: 1996
    Congelación en 2002

    100% en 2004

    Otros CFC

    Año base: 1989
    20% en 1993
    75% en 1994
    100% en 1996

    Año base: 1999

    20% en 2003
    85% en 2007
    100% en 2010

    Tetracloruro de carbono

    Año base: 1989

    85% en 1995
    100% en 1996

    Año base: 1999

    85% en 2005
    100% en 2006

    Metil-cloroformo (tricloroetano)

    Año base: 1989
    Congelación en 1993

    50% en 1994
    100% en 1996

    Año base: 1999
    Congelación en 2003

    50% en 2004
    100% en 2006

    HCFC

    Año base: 1989
    Congelación en 1996

    35% en 2004
    65% en 2010
    90% en 2015

    100% en 2020, con cola de servicio (con un máximo del 0,5%) hasta 2030

    Año base: 2015
    Congelación: 2016

    100% en 2040

    Bromuro de metilo

    Año base: 1991
    Congelación en 1995

    25% en 1999
    50% en 2001
    75% en 2003
    100% en 2005

    Año base: 1995-1998
    Congelación en 2002

    20% en 2005
    100% en 2015

    HBFC

    Año base: 1991
    Congelación en 1995

    BIBLIOGRAFÍA.

    La información y las ilustraciones aquí presentadas han sido obtenidas a través de la red de redes: Internet.

    • Página web oficial del Ministerio de Medio Ambiente (España).

    • Página web oficial de la unep (Chile)

    • Página web oficial de la Universidad de Valparaíso (Chile)

    • Página web oficial de la Universidad de Cambridge (Inglaterra)

    • Página web oficial de Greenpeace (España)

    • Página web Monografias.com

    • Página web Ciencias de la Tierra y del Medio Ambiente

    • Otras direcciones referidas al tema objeto.

    3º Explotaciones Agropecuarias

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