Ozonosfera

Furado na capa de ozono o 17 de setembro de 2001. Imaxe da NASA.

A ozonosfera é unha capa da estratosfera, situada entre 16 a 30 quilómetros de altitude e de preto de 20 km de espesura, na cal está preto do 90% do ozono atmosférico.

Características

Os gases na ozonosfera son tan raros que, de comprimilos á presión atmosférica ao nivel do mar, a súa espesura non superaría os 3 milímetros.

As radiacións electromagnéticas emitidas polo Sol traen enerxía á Terra, entre as cales están a radiación infravermella, a luz visible e unha mestura de radiacións e partículas, moitas destas nocivas.

Gran parte da enerxía solar é absorbida ou reflectida pola atmosfera; se chegase na súa totalidade á superficie do planeta, este esterilizaríase.

A ozonosfera é unha das principais barreiras que nos protexe dos raios ultravioleta. O ozono deixa pasar só unha pequena parte dos raios ultravioleta.

Cando o osíxeno molecular da alta atmosfera sofre interaccións debido á enerxía ultravioleta procedente do Sol, acaba dividíndose en osíxeno atómico; o átomo de osíxeno e a molécula do mesmo elemento únense debido á reionización, e acaban formando a molécula de ozono cuxa composición é O₃.

A ozonosfera saturada de ozono funciona como un filtro onde as moléculas absorben a radiación ultravioleta do Sol e, debido a reaccións fotoquímicas, atenúase o seu efecto.

Como se forma o ozono

O ar que nos rodea contén aproximadamente un 20% de osíxeno. A molécula de osíxeno pode ser representada como O₂, ou sexa, dous átomos de osíxeno quimicamente ligados. De forma simplista, é o osíxeno molecular que respiramos e unido aos alimentos que nos dá enerxía. A molécula de ozono é unha combinación molecular máis rara dos átomos de osíxeno, sendo representada como O₃. Para a súa creación é necesaria unha certa cantidade de enerxía, como por exemplo un trebón.

Supoñamos que teñamos un baleirado de alta tensión nun determinado circuíto eléctrico hipotético (ou unha descarga atmosférica, outro exemplo). No momento da pasaxe do arco voltaico polo ar temos unha liberación de enerxía. Logo:

O2 + enerxía -> O + O 

É dicir, unha molécula de osíxeno que recibe enerxía descomponse en dous átomos de osíxeno libres.

Os átomos de osíxeno libres na atmosfera son reactivos quimicamente, logo deberán se combinar con moléculas próximas para se estabilizar.

Imaxinemos que teñamos adxacentes aos átomos libres de osixeno moléculas de osixeno e outras calquera. Chamemos as segundas M (de molécula).

Logo teremos:

O + O₂ + M -> O₃ + M

Traducindo: Un átomo libre de osíxeno cunha molécula de osíxeno e unha molécula calquera son transformados en Ozono e unha molécula calquera.

Aquela molécula calquera non é consumida pola reacción, porén é necesaria para que poida se realizar. Na verdade M é un catalizador, pode ser no caso da atmosfera da Terra o nitróxeno molecular (N₂), onde M=N₂, por exemplo.

Polo tanto, esta é unha das formas máis comúns de se producir ozono. Outras serían fornos industriais, motores de automóbiles, entre outros, que producen o gas. Na baixa atmosfera o ozono é reactivo e contribúe á polución atmosférica industrial, sendo considerado un veleno.

Os fluídos de refrixeración

Ata a década de 1920 o fluído utilizado para o quecemento e arrefriamento era o amonio ou dióxido de xofre, gases velenosos e que causan un cheiro desagradable. No caso de ser baleirado poden ocasionar envelenamento naquelas persoas que se encontren próximos aos equipos de refrixeración. Iniciouse entón a investigación para atopar un gas substituto que fose líquido en condicións ideais, circulase no sistema de refrixeración e, en caso de ser baleirado, non causase danos nos seres vivos.

A industria química

As investigacións da industria química concentráronse nun gas que non fose velenoso, inflamable, oxidante, non causase irritacións nin queimaduras, non atraese insectos. En suma, debería ser un gas estable e perfecto.

Nas indagacións foron testados diversos gases e fluídos, sendo escollidas un tipo de substancias que se chaman Clorofluorcarbonos, ou CFC.

Os CFCs, ou clorofluorcarbonos

Os CFCs son compostos dun ou algúns átomos de carbono ligados a átomos de cloro ou flúor.

Un exemplo de CFC:

   Cl
   |
Cl-C-Cl
   |
   F

Os CFCs pasaron a constituír os equipamentos de refrixeración, condicionadores de ar, como propelentes de sprays, solventes industriais, espumas illantes, produtos de utilización na microelectrónica e na electrónica etc.

O freon da DuPont

O máis coñecido CFC é fabricado pola empresa DuPont, cuxa marca rexistrada é Freon. Durante anos os CFCs foron usados e liberados libremente na atmosfera. Non se coñecían os danos que poderían estar causando na alta atmosfera, pois eran gases considerados extremadamente seguros e estables.

A expansión atmosférica dos CFCs

No final da década de 1960 eran liberadas en torno dun millón de toneladas de CFCs por ano.

As formas de liberación do gas son diversas, a máis coñecida é polos aerosois que utilizan o CFC como propelente. Unha vez liberado na atmosfera, o propulsor comeza a se espallar pola atmosfera libre e levado por convección sobe ata a alta atmosfera sendo espallado por todo o planeta. Os CFCs son gases considerados inertes cuxa reacción depende de condicións moi peculiares.

O encontro dos CFCs co ozono

Na alta atmosfera existen correntes de ar en alta velocidade, as Jet streams, moi poderosas, cuxa dirección é horizontal. Estas espallan os gases da rexión en todas as direccións.

A capa de ozono atópase en torno de 25-26 quilómetros de altitude aproximadamente. A enerxía solar en lonxitude de onda ultravioleta forma as moléculas de ozono. O proceso dáse cando se dividen algunhas moléculas de osíxeno en átomos osíxeno libre, recombinándoas ás moléculas de osíxeno a través da radiación ultravioleta.

Aquelas moléculas de ozono flotando na alta atmosfera acaban atopando as moléculas de CFC. O Clorofluorcarbono é unha molécula estable en condicións normais de temperatura e presión atmosférica, porén, excitado pola radiación UV, acábase desestabilizando e ceiba o átomo de cloro.

O cloro e o ozono

O átomo de cloro é un catalizador poderoso que destrúe as moléculas de ozono, permanecendo intacto durante todo o proceso. Unha vez na alta atmosfera, o cloro leva moitos anos para descender á baixa atmosfera. Neste período, cada átomo de cloro destruirá millóns de moléculas de ozono.

A reacción de destrución do ozono é bastante simple, unha vez que esta molécula é extremadamente reactiva na presenza de radiación UV e Cloro:

O2 + Enerxía UV -> 2 O
2 Cl (do CFC) + 2 O3 -> 2 ClO + 2 O2
2 ClO + 2 O (rexenerando o Cl) + 2 O2

Logo, a resultante da reacción é:

 2O3 -> 3O2

Isto significa que tiñamos tres moléculas de osíxeno xeradas e os átomos de cloro rexeneráronse para destruír dúas moléculas máis de ozono cada vez, e así sempre, infinitamente, ata caer o cloro .

O furado na capa de ozono

Artigo principal: Buraco da capa de ozono.

O ozono na ozonosfera actúa de filtro para as radiacións ultravioletas (UV)

A capa de ozono sofre variacións periódicas nos contornos polares. O seu agravamento debido á liberación de compostos químicos na atmosfera fixo que ditas oscilacións aumentasen, diminuíndo a cantidade de ozono ata chegar a falar do buraco de ozono. Para tentar mellorar a situación e evitar os seus efectos catastróficos ó non evitar o paso de determinadas radiacións por falta da cantidade de ozono abondo, no 1987 asinouse o protocolo de Montreal, que marcou unha inflexión neste fenómeno, se ben non está corrixido. Así, o buraco correspondente no 2020 no hemisferio sur é un dos meirandes e profundos dos que se ten rexistro.

A consecuencia inmediata da exposición prolongada á radiación UV é a dexeneración celular que ocasionaría un cancro de pel nos seres humanos de pel clara. As persoas de pel escura non están libres dese cancro, a diferenza é soamente o tempo de exposición. Ata o final da década de 1990, os casos de cancro de pel rexistrados debido ao furado na capa de ozono tiveron un incremento de 1000% en relación á década de 1950^{[Cómpre referencia]}. Algúns desinformados e principalmente aqueles defensores das industrias fabricantes de CFCs, din que este aumento foi debido á melloría da tecnoloxía de recollida de dados, e que os danos son moito máis pequenos dos que os expoñen os científicos atmosféricos^{[Cómpre referencia]}.

O furado da capa de ozono ten implicacións moito maiores que o cancro de pel nos humanos. As moléculas orgánicas expostas á radiación UV teñen alteracións significativas e forman ligazóns químicas nocivas aos seres vivos. A radiación UV atinxe en especial o fitoplancto que habitan a superficie dos océanos e morren pola súa acción.

A capa de ozono pasou a estar controlada polos satélites, como o Copernicus Sentinel 5P da ESA.

En 1994, a Asemblea Xeral de Nacións Unidas proclamou o 16 de setembro como o Día Internacional da Preservación da Capa de Ozono, conmemorando a sinatura nesa data, de 1987, do Protocolo de Montreal sobre control e redución de substancias que danan a capa de ozono .

O fitoplanctos e a cadea alimenticia

As medicións das poboacións deses organismos microscópicos baixo o radio de acción do furado da capa de ozono demostraron unha redución do 25% desde o comezo do século XXI ata o ano de 2003, nas augas mariñas antárticas. A morte destes microorganismos causa unha redución da capacidade dos océanos en extraer o dióxido de carbono da atmosfera, contribuíndo así ao quentamento global. Coa morte do fitoplancto, o zooplancto non sobrevive. Sen zooplancto, o krill deixa de existir, diminuíndo a poboación dos peixes dos océanos, e así sucesivamente. Logo, a ozonosfera é primordial para que haxa vida no planeta Terra.