El ozono es un químico engañosamente simple que puede tener una gran influencia en los seres vivos. Comprender la mecánica de la capa de ozono es crucial para reconocer la importancia de los problemas causados por ella. Conocer los hechos es esclarecedor.
Fundamentos de la capa de ozono
La fórmula química del ozono es O3, según la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica (NOAA). National Geographic (NatGeo) indica que una molécula de ozono consiste literalmente en un trío de átomos de oxígeno.
De alguna manera, si el ozono es peligroso o beneficioso depende de su ubicación en la atmósfera. NatGeo indica que las moléculas de ozono son extremadamente reactivas. La reactividad de las moléculas de ozono tiene costos y beneficios señalados por la NOAA:
- Moléculas inferiores y superiores - Las capas superior e inferior de la atmósfera contienen las mismas moléculas de ozono.
- Número de moléculas - Por cada 10 millones de moléculas de aire, hay tres moléculas de ozono.
- Ozono bueno vs. malo - El ozono en la atmósfera superior se llama ozono estratosférico y ayuda a proteger a los seres vivos de la radiación UV-B y es ampliamente llamado "ozono bueno". El ozono en la atmósfera inferior, la troposfera, actúa funcionalmente como un contaminante y es el "ozono malo".
Como su nombre lo indica, lo ideal es más ozono bueno y menos malo; sin embargo, la contaminación ha invertido esta tendencia con varios impactos ecológicos y de salud.
Datos sobre el ozono troposférico
Solo el 10% del ozono en la atmósfera se encuentra en la atmósfera inferior, donde ocurre gran parte de la vida en la Tierra, según la Universidad Estatal de Pensilvania. Según la Agencia de Protección Ambiental (EPA Air Quality), el ozono es uno de los contaminantes del aire más comunes. Siempre había algo de ozono en la atmósfera inferior. Son las actividades humanas las que han aumentado su concentración convirtiéndolo en un problema.
Producción de ozono
La EPA (Ozono) explica que ninguna fuente libera ozono directamente. Se forma en la atmósfera cuando los óxidos de nitrógeno (NOx) y otros compuestos orgánicos volátiles (COV) reaccionan en presencia de la luz solar. Es por esta razón que la producción de ozono es mayor por la tarde. Las emisiones de los automóviles y las centrales eléctricas que funcionan con combustibles fósiles, y las refinerías que producen óxidos de nitrógeno e hidrocarburos conducen a un aumento del ozono.
El ozono troposférico tiene muchos efectos nocivos sobre las personas y los ecosistemas.
Contaminante del aire
El ozono troposférico produce smog. Algunos datos importantes al respecto son:
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Concentración - Dado que las actividades humanas son responsables de la formación de ozono, sus concentraciones son más altas en las ciudades y pueblos en comparación con las áreas rurales, señala la Universidad Estatal de Pensilvania. - Paradoja del ozono - Los compuestos nitrogenados que dan como resultado la producción de ozono también lo descomponen, por lo que hay más smog en los pueblos que en las ciudades, porque las ciudades tienen concentraciones más altas de compuestos nitrogenados en el aire. Los científicos llaman a esto la "paradoja del ozono" y es la razón del "efecto del fin de semana", cuando los niveles de ozono aumentan debido a la disminución del tráfico los fines de semana, según un comunicado de Medio Ambiente de Bélgica.
El ozono malo tiene efectos nocivos en las personas.
- Los más afectados - El Centro para el Control y la Prevención de Enfermedades (CDC) afirma que los niños, los ancianos y las personas con problemas pulmonares son los más afectados por el ozono. Puede provocar problemas respiratorios, sibilancias, asma, daño pulmonar e incluso la muerte.
- Muertes por año - Berkeley Lab estima que 150.000 muertes prematuras cada año pueden atribuirse a la contaminación por ozono.
- Umbral de concentración perjudicial - El nivel umbral de 0,1 partes por millón (ppm) de concentraciones de ozono puede ser perjudicial para las personas, según CDC (Occupational Hazards) (pág. 1).
- Contaminación interior - La contaminación por ozono también puede ocurrir en interiores, donde se produce entre el 45 % y el 75 % de las exposiciones totales, según Berkeley Lab.
Efectos ambientales y ecosistémicos
El ozono afecta a las plantas en más de una forma. El USDA considera que el ozono malo es el contaminante del aire que afecta la salud de las plantas más que "todos los demás contaminantes del aire combinados".
- Crecimiento de las plantas - El Departamento de Recursos Naturales de Iowa señala que el ozono afecta la capacidad de respiración de las plantas al cerrar los estomas o pequeños poros presentes en la parte inferior de las hojas. También es a través de estos estomas que ingresa el dióxido de carbono necesario para la fotosíntesis y la producción de alimentos. Por lo que el crecimiento de las plantas se ve afectado.
- Daño tisular - El ozono daña y daña el tejido de las plantas debido a la necrosis y la clorosis, ya que es un oxidante fuerte, señala el USDA. El resultado puede aparecer como "punteado, moteado, bronceado y enrojecido".
- Reducción del rendimiento - El resultado combinado de ambos efectos del ozono es una pérdida en el rendimiento de los cultivos. La NASA informa alrededor del 5-10% de reducción en el rendimiento de los cultivos. Las dicotiledóneas como la soja son más susceptibles al ozono que las monocotiledóneas como el maíz. Por ejemplo, en 2014, India perdió 6,7 millones de toneladas de cultivos estadounidenses debido a la contaminación por ozono, lo que habría sido suficiente para alimentar a 94 millones, según AtmosNews.
- Fertilidad del suelo - Cuando las plantas producen menos alimento debido a la menor fotosíntesis, envían y almacenan menos carbohidratos en las raíces. Cuando la planta muere, se libera menos carbono en el suelo, disminuyendo las poblaciones de microbios que dependen de ella. Muchos de estos microbios son necesarios para reciclar los nutrientes del suelo y mantener la fertilidad. Entonces, la fertilidad del suelo también disminuye cuando los niveles de ozono son altos, según la NASA.
- Bosque - La NASA informa que los bosques también se ven afectados por la contaminación por ozono, pero estos han sido más difíciles de determinar.
- Calentamiento global - El ozono troposférico es el tercer gas de efecto invernadero más importante, después del dióxido de carbono y el metano, señala la NOAA (GEI), que conduce al calentamiento global.
Capa de Ozono Estratosférico
La capa de ozono buena o estratosférica se encuentra entre 9,3 y 18,6 millas sobre la superficie del planeta, según NatGeo. Aquí se encuentra el 90% del ozono en la atmósfera según la Universidad de Penn State.
Mantener una capa de ozono estratosférico en funcionamiento es esencial para la vida en la tierra. Una gran parte de la radiación del sol es realmente dañina, es decir, las radiaciones ultravioleta (rayos UV). La vida en toda su complejidad actual no habría podido desarrollarse sin la protección de la capa de ozono.
Daño a la Capa de Ozono
Los problemas con la capa de ozono han recibido mucha publicidad y atención desde que fueron identificados por primera vez. En la década de 1980, los científicos descubrieron que la capa de ozono se estaba adelgazando en los polos. Pronto se estableció la conexión entre el uso de clorofluorocarbonos (CFC) y el agotamiento del ozono, explica la Unión de Científicos Preocupados (UCS). Así es como los CFC agotan el ozono:
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Los CFC que se usaban ampliamente en refrigeradores, acondicionadores de aire y aerosoles son compuestos que contienen cloro y flúor, explique la Sociedad Americana de Química. Aunque los CFC eran inertes en la troposfera, los rayos ultravioleta los descomponían en la estratosfera y liberaban cloro. - El cloro de los CFC reaccionó con el oxígeno del ozono y destruyó las moléculas de ozono. Este proceso es máximo en las regiones polares donde el ozono se concentra debido al movimiento global del viento. NatGeo indica que la Antártida ha sido especialmente vulnerable a la degradación de la capa de ozono, en gran parte porque las bajas temperaturas locales aceleran la reacción química que descompone los CFC en cloro.
- Ozone Hole informa que un solo átomo de cloro de los CFC puede destruir más de 100 000 moléculas de ozono.
El agotamiento del ozono puede tener consecuencias devastadoras.
Efectos Climáticos
El clima en varias partes del mundo se ha visto afectado no tanto por la disminución del ozono como por la presencia de agujeros polares de ozono.
- Patrones de lluvia - La presencia del agujero de ozono en la Antártida, por ejemplo, ha alterado los patrones de lluvia tropical según un estudio científico de 2017 publicado en Phys.
- El agujero de ozono y el mito del calentamiento global - Contrariamente a la creencia común, el agujero de la capa de ozono sobre las dos regiones polares no provoca el calentamiento global, señala la UCS, aunque ambos fenómenos son provocados por las mismas causas.
Efectos sobre el ecosistema
El agotamiento del ozono afecta tanto a la vida terrestre como a la marina, porque aumenta la cantidad de radiación ultravioleta que llega a la tierra.
- Menor resistencia a plagas/enfermedades - La EPA (Efectos) señala que los procesos fisiológicos y de desarrollo de las plantas pueden verse alterados, lo que a su vez disminuye el crecimiento de las plantas y su resistencia a plagas y enfermedades.
- Polinización y efectos de los insectos - NASA (Effects) (Effects) informa que los tiempos de floración de las plantas pueden verse afectados por los rayos UV, lo que si no ocurre en sincronía con los ciclos de vida de los insectos afecta la polinización y también a los insectos que dependen de ellos.
- Problemas de supervivencia del fitoplancton - El efecto sobre la vida acuática depende de la profundidad a la que viven. Desafortunadamente, se ha informado que los fitoplancton que viven cerca de la superficie del agua para aprovechar la luz solar se ven afectados por el aumento de la radiación UV. Su supervivencia se reduce, lo que reduce sus poblaciones, nota EPA (Efectos). Dado que el plancton es la base de la cadena alimentaria marina, su disminución afecta a todos los demás niveles tróficos de la vida marina.
- Desarrollo de animales marinos obstaculizado - Los animales marinos, como los peces y los anfibios, también sufren porque sus primeros procesos de desarrollo se ven interrumpidos por los rayos UV, explica la EPA (Efectos).
- Menos captura de carbono por parte de las plantas - Cuando la producción de plantas en la tierra y los sistemas acuáticos se ven afectados, los procesos biogeoquímicos, especialmente los relacionados con la producción de carbono, también se ven afectados. Menos crecimiento de plantas significa menos captura de carbono en general, lo que se suma a las notas de calentamiento global de la EPA (Efectos).
Problemas de salud relacionados con el agotamiento de la capa de ozono
Sin una capa de ozono estable, los humanos son mucho más vulnerables a la radiación ultravioleta.
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Cáncer y sistema inmunológico - Según la Organización Mundial de la Salud, la radiación ultravioleta puede disminuir la función inmunológica y aumentar las tasas de cáncer. - Cáncer de piel - Un aumento del 1% en la radiación UV aumenta el cáncer de piel en un 2-3% según la NASA (Efectos).
- Problemas oculares - La exposición excesiva a la radiación ultravioleta causa muchos problemas oculares, como cataratas y ceguera de la nieve, según la NASA (Efectos).
Esfuerzos de restauración de la capa de ozono
El daño a la capa de ozono ha recibido una atención considerable por parte de grupos ambientalistas y líderes políticos de todo el mundo.
- El Protocolo internacional de Montreal se firmó por primera vez en 1987 para prohibir el uso de CFC y se ha modificado varias veces desde entonces, según el Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente (PNUMA).
- Se ha descubierto que una nueva clase de productos químicos llamados diclorometano que se utilizan en disolventes y pinturas dañan el ozono, ya que pueden descomponerse con la luz solar para producir cloro, según informa un estudio de 2017. Dado que pueden elevarse a la estratosfera, pueden ralentizar la restauración del ozono.
La capa de ozono se está recuperando
El Protocolo de Montreal, que fue implementado estrictamente por casi todas las naciones del mundo, ha valido la pena. El agujero en la capa de ozono sobre la Antártida ha ido disminuyendo según la cronología esperada por los científicos, según un informe de National Geographic (2016).
El agujero en la capa de ozono empezaba a aparecer en agosto y alcanzaba su tamaño máximo en octubre. Científicos del MIT y Leeds descubrieron que en 2015 el agujero comenzó a aparecer más tarde, no era tan profundo como antes y se había reducido considerablemente. El agujero de ozono, que alcanzó su punto máximo en 2000, se había reducido en 4 millones de kilómetros cuadrados en 2015. Se espera que la capa de ozono se recupere por completo para 2050.
El ozono en el siglo XXI
Cuando la capa de ozono estratosférico se recupere por completo, es posible que la situación se considere un éxito medioambiental. Sin embargo, los hechos sobre la capa de ozono demuestran cuán vulnerable es y cuánto puede verse afectada la capa de ozono por cambios en las políticas públicas y los hábitos humanos. Mientras tanto el problema del ozono troposférico se mantiene con su nivel un 30% más en la era postindustrial, según NOAA (GHG).