Agotamiento del ozono

El agotamiento del ozono consta de 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 y una disminución mucho mayor en la primavera en el ozono estratosférico (la capa de ozono) alrededor de las regiones polares de la Tierra. Este último fenómeno se conoce como el agujero de ozono. También hay eventos de agotamiento del ozono troposférico polar en primavera además de estos eventos estratosféricos.

Las principales causas del agotamiento de la capa de ozono y del agujero en la capa de ozono son los productos químicos manufacturados, especialmente los refrigerantes halocarbonados, solventes, propulsores y agentes espumantes (clorofluorocarbonos (CFC), HCFC, halones), denominados 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. 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). 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 la capa 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 las longitudes de onda dañinas de la luz ultravioleta (UVB) pasen a través de la atmósfera terrestre. Estas longitudes de onda causan cáncer de piel, quemaduras solares, ceguera permanente y cataratas, que se prevé que aumenten dramáticamente como resultado de la disminución del ozono, así como del daño a 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 estar revirtiéndose. Se proyecta que la recuperación continúe durante el próximo siglo, y se espera que el agujero de ozono alcance los niveles anteriores a 1980 alrededor de 2075. En 2019, la NASA informó que el agujero de ozono era el más pequeño desde que se descubrió por primera vez en 1982.

El Protocolo de Montreal es considerado el acuerdo ambiental internacional más exitoso hasta la fecha.

Descripción general 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 (O₂u oxígeno diatómico), y gas ozono (O₃u oxígeno triatómico). El ozono se forma en la estratosfera cuando las moléculas de oxígeno gaseoso se fotodisocian después de absorber los fotones UVC. Esto convierte una sola O₂en dos radicales atómicos de oxígeno. Los radicales de oxígeno atómico luego se combinan con O separados₂moléculas para crear dos O₃moléculas. Estas moléculas de ozono absorben la luz UVB, después de lo cual el ozono se divide en una molécula de O₂y un átomo de oxígeno. El átomo de oxígeno luego se une con 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 O₂moléculas. Vale la pena señalar que el ozono es el único gas atmosférico que absorbe la luz UVB.

O + O₃→ 2O₂

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·), radical óxido nítrico (NO·), radical cloro (Cl·) y radical bromo (Br·). El punto es una notación para indicar que cada especie tiene un electrón desapareado y, por lo tanto, es extremadamente reactiva. Todos estos tienen fuentes tanto naturales como artificiales; en la actualidad, la mayor parte del OH· y NO· de la estratosfera se produce de forma natural, pero la actividad humana ha aumentado drásticamente los niveles de cloro y bromo.Estos elementos se encuentran en compuestos orgánicos estables, especialmente los clorofluorocarbonos, que pueden viajar a la estratosfera sin destruirse 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.

CFCl₃+ radiación electromagnética → Cl· + · CFCl₂

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 un ciclo de este tipo, un átomo de cloro reacciona con una molécula de ozono (O₃), tomando un átomo de oxígeno para formar monóxido de cloro (ClO) y dejando una molécula de oxígeno (O₂). El ClO puede reaccionar con una segunda molécula de ozono, liberando el átomo de cloro y produciendo dos moléculas de oxígeno. La abreviatura química para estas reacciones en fase gaseosa es:

• Cl · + O₃→ ClO+ O₂Un átomo de cloro elimina un átomo de oxígeno de una molécula de ozono para formar una molécula de ClO
• ClO+ O₃→ Cl · + 2 O₂Este ClO también puede eliminar un átomo de oxígeno de otra molécula de ozono; el cloro es libre de repetir este ciclo de dos pasos

El efecto general es una disminución en la cantidad de ozono, aunque la tasa de estos procesos puede disminuir por los efectos de los 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) durante hasta 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 depósito como el cloruro de hidrógeno (HCl) y nitrato de cloro (ClONO₂). El bromo es incluso más eficiente que el cloro para destruir el ozono por átomo, pero actualmente 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 terrestre, mientras que las moléculas orgánicas que contienen yodo reaccionan tan rápidamente en la atmósfera inferior que no alcanzan 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 liberado 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.

Observaciones sobre el agotamiento de la capa de ozono

El agujero de ozono generalmente se mide por la reducción en la columna total de ozono sobre un punto en la superficie de la Tierra. Esto normalmente se expresa en unidades Dobson; abreviado como "DU". La disminución más prominente en el ozono ha sido 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 mapeo de ozono total (TOMS).

Continúan las reducciones de hasta un 70 por ciento en la columna de ozono observadas en la primavera austral (hemisférico sur) sobre la Antártida y reportadas por primera vez en 1985 (Farman et al.). La columna total de ozono antártico en septiembre y octubre ha seguido siendo entre un 40 y un 50 por ciento más baja que los valores previos al agujero de ozono desde la década de 1990. En 2016 se informó una tendencia gradual hacia la "curación". 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.

La cantidad perdida es más variable de un año a otro en el Ártico que en la Antártida. Las mayores disminuciones del Ártico se dan en el invierno y la primavera, alcanzando hasta un 30 por ciento cuando la estratosfera está más fría.

Las reacciones que tienen lugar en las nubes estratosféricas polares (PSC) juegan un papel importante en la mejora del agotamiento del ozono. Las PSC se forman más fácilmente en el frío extremo de la estratosfera ártica y antártica. Esta es la razón por la cual los agujeros de ozono se formaron por primera vez, 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.

Es más exacto hablar de agotamiento del ozono en latitudes medias que de agujeros. La columna de ozono total 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 las regulaciones entraron en vigencia y la cantidad de cloro en la estratosfera disminuyó. En las latitudes medias del hemisferio sur, el ozono total se mantuvo constante durante ese período de tiempo. No hay tendencias significativas en los trópicos, en gran parte porque los compuestos que contienen halógeno no han tenido tiempo de descomponerse y liberar átomos de cloro y bromo en las latitudes tropicales.

Se ha demostrado que las grandes erupciones volcánicas tienen efectos sustanciales, aunque desiguales, que agotan la capa de ozono, como se observó con la erupción de 1991 del Monte Pinatubo en Filipinas.

El agotamiento del ozono también explica gran parte de la reducción observada en las temperaturas estratosféricas y troposféricas superiores. La fuente del calor de la estratosfera es la absorción de la radiación ultravioleta por el ozono, por lo tanto, la reducción del ozono conduce al enfriamiento. También se pronostica cierto enfriamiento estratosférico a partir del aumento de los gases de efecto invernadero como el CO₂y los propios CFC; sin embargo, el enfriamiento inducido por ozono parece ser el dominante.

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. El Proyecto de Monitoreo e Investigación del Ozono Global de la Organización Meteorológica Mundial—Informe No. 44 se pronuncia fuertemente 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.

Compuestos en la atmosfera

CFC y compuestos relacionados en la atmósfera

Los clorofluorocarbonos (CFC) y otras sustancias halogenadas que agotan la capa de 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 conoce como cloro estratosférico efectivo equivalente (EESC).

Los CFC como refrigerantes fueron inventados por Thomas Midgley, Jr. en la década de 1930.Se utilizaron en unidades de aire acondicionado y refrigeración, como propulsores de aerosoles antes de la década de 1970 y en los procesos de limpieza de equipos electrónicos delicados. También se producen como subproductos de algunos procesos químicos. Nunca se han identificado fuentes naturales significativas para estos compuestos; su presencia en la atmósfera se debe casi en su totalidad a la fabricación humana. Como se mencionó anteriormente, cuando estos productos químicos que agotan la capa de ozono llegan a la estratosfera, la luz ultravioleta los disocia 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 eliminado de la estratosfera. Dada la longevidad de las moléculas de CFC, los tiempos de recuperación se miden en décadas.

El 1,1,1-tricloro-2,2,2-trifluoroetano, también conocido como CFC-113a, es uno de los cuatro productos químicos artificiales descubiertos recientemente 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 que se fabrica ilegalmente. El CFC-113a parece haberse estado acumulando sin cesar desde 1960. Entre 2012 y 2017, las concentraciones del gas aumentaron en un 40 por ciento.

Un estudio realizado por un equipo internacional de investigadores publicado en Nature descubrió 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 una década la recuperación del agujero de ozono del planeta.

Modelado por computadora

Los científicos han atribuido el agotamiento de la capa de ozono al aumento de compuestos halógenos (antropogénicos) hechos por el hombre a partir de los CFC mediante la combinación de datos de observación con modelos informáticos. Estos complejos modelos de transporte químico (p. ej., 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 en contacto los productos de fotólisis de CFC 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 por el 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.

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 y liberan 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).

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 -80 °C. Estas bajas temperaturas forman partículas de nubes. Hay tres tipos de nubes PSC: nubes de trihidrato de ácido nítrico, nubes de hielo de agua que se enfrían lentamente y nubes de hielo de agua (nacaradas) que se enfrían rápidamente, que proporcionan superficies para reacciones químicas cuyos productos conducirán, en la primavera, a la destrucción del ozono.

Los procesos fotoquímicos involucrados son complejos pero bien entendidos. La observación clave es que, por lo general, la mayor parte del cloro en la estratosfera reside en compuestos de "reservorio", principalmente nitrato de cloro (ClONO₂) 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. Sin embargo, durante el invierno y la primavera antárticos, las reacciones en la superficie de las partículas de las nubes estratosféricas polares convierten estos compuestos de "reservorio" en radicales libres reactivos (Cl y ClO). La desnitrificación es el proceso por el cual las nubes eliminan el NO₂de la estratosfera al convertirlo en ácido nítrico en partículas de PSC, que luego se pierden por sedimentación. Esto evita que el ClO recién formado se vuelva a convertir 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 impulsar las reacciones químicas. Durante la primavera, sin embargo, 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. Como caliente, ozono y NO₂-Fluye aire rico desde latitudes más bajas, los PSC se destruyen, el proceso de agotamiento de la capa de ozono se detiene y el agujero de la capa de ozono se cierra.

La mayor parte del ozono que se destruye está 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.

Interés en el agotamiento de la capa de ozono

Los conceptos erróneos y los malentendidos públicos sobre temas complejos como el agotamiento del ozono son comunes. El conocimiento científico limitado del público generó confusión sobre el calentamiento global o la percepción del calentamiento global como un subconjunto del "agujero de ozono". Al principio, las ONG ecologistas clásicas se abstuvieron de utilizar el agotamiento de CFC para hacer campaña, ya que asumieron que el tema era demasiado complicado. 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.

Las metáforas utilizadas en la discusión de 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 entre los no científicos y sus preocupaciones. El agujero de ozono fue visto como un "tema candente" y un riesgo inminenteya que los legos temían graves consecuencias personales como cáncer de piel, cataratas, daño 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 generar una preocupación y una acción pública comparables. 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 previamente como un error de medición. El consenso científico se estableció después de la regulación.

Si bien el agujero de ozono antártico tiene un efecto relativamente pequeño en el ozono global, el agujero ha generado un gran interés público porque:

• A muchos les preocupa 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 las latitudes medias ha disminuido, pero en una medida mucho menor (una disminución de alrededor del 4% al 5%).
• 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.
• Cuando el agujero de ozono antártico se rompe cada año, el aire agotado en ozono se desplaza hacia las regiones cercanas. Se han informado disminuciones en el nivel de ozono de hasta el 10 por ciento en Nueva Zelanda en el mes posterior a la ruptura del agujero de ozono antártico, con intensidades de radiación ultravioleta-B aumentando en más del 15 por ciento desde la década de 1970.

Efectos

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 (en igualdad de condiciones), 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 ligadas a los CFC y los aumentos en la superficie UVB, no hay evidencia observacional 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 los cambios en el estilo de vida a lo largo del tiempo. El agotamiento del ozono también puede influir en los patrones del viento.

Aumento de los rayos ultravioleta

El ozono, si bien es un constituyente 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 espesor de la trayectoria oblicua 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. La formación de fenoles impulsada por los rayos ultravioleta en los anillos de los árboles ha fechado el comienzo del agotamiento del ozono en las latitudes del norte a fines del siglo XVIII.

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 descubrió que la radiación UV que llegaba a las latitudes ecuatoriales era mucho mayor de lo esperado, con un índice UV que ascendía hasta 24 en Quito; la OMS considera el 11 como un índice extremo y de gran riesgo para la salud. El informe concluyó que los niveles reducidos de ozono en las latitudes medias del planeta ya están poniendo en peligro a grandes poblaciones en estas áreas. Posteriormente, CONIDA, la Agencia Espacial Peruana, publicó su propio estudio, que arrojó casi los mismos hallazgos que el estudio ecuatoriano.

Efectos biológicos

La principal preocupación pública con respecto al agujero de ozono ha 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 disponible de daño a la salud en la mayoría de las latitudes. Si los altos niveles de agotamiento observados en el agujero de la capa de ozono fueran comunes en todo el mundo, los efectos podrían ser sustancialmente más dramáticos. Como el agujero de ozono sobre la Antártida en algunos casos ha crecido tanto como para afectar partes de Australia, Nueva Zelanda, Chile, Argentina y Sudáfrica, los ambientalistas han estado preocupados de que el aumento de los rayos UV en la superficie pueda ser significativo.

El agotamiento del ozono magnificaría todos los efectos de los rayos UV 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 humanos.

Carcinomas de células basales y escamosas

Las formas más comunes de cáncer de piel en humanos, los carcinomas de células basales y escamosas, se han relacionado fuertemente con la exposición a los rayos UV-B. El mecanismo por el cual los rayos UVB inducen estos cánceres se comprende bien: la absorción de la radiación UV-B hace que las bases de pirimidina en la molécula de ADN formen dímeros, lo que genera errores de transcripción cuando el ADN se replica. Estos cánceres son relativamente leves y rara vez fatales, 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%.

Melanoma maligno

Otra forma de cáncer de piel, el melanoma maligno, es mucho menos común pero mucho más peligroso, siendo letal en alrededor del 15 al 20 por ciento de los casos diagnosticados. La relación entre el melanoma maligno y la exposición a los rayos ultravioleta aún no se comprende por completo, pero parece que tanto los rayos UV-B como los UV-A están involucrados. Debido a esta incertidumbre, es difícil estimar el efecto del agotamiento del ozono sobre la incidencia de melanoma. Un estudio mostró que un aumento del 10 por ciento en la radiación UV-B se asoció con un aumento del 19 por ciento en los melanomas para los hombres y del 16 por ciento para las mujeres. Un estudio de personas en Punta Arenas, en el extremo sur de Chile, mostró un aumento del 56 % en el melanoma y un aumento del 46 % 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.

Cataratas corticales

Los estudios epidemiológicos sugieren una asociación entre las cataratas corticales oculares y la exposición a los rayos UV-B, utilizando aproximaciones crudas de la exposición y varias técnicas de evaluación de cataratas. Se llevó a cabo una evaluación detallada de la exposición ocular a los rayos UV-B en un estudio sobre los Watermen de la bahía de Chesapeake, donde los aumentos en la exposición ocular anual promedio se asociaron con un mayor riesgo de opacidad cortical. 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. Según estos resultados, se predice que el agotamiento del ozono causará cientos de miles de cataratas adicionales para 2050.

Aumento del ozono troposférico

El aumento de los rayos ultravioleta en la superficie conduce a un aumento del ozono troposférico. Generalmente se reconoce que el ozono a nivel del suelo es 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 ultravioleta sobre los gases de combustión de los escapes de los vehículos.

Aumento de la 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 con deficiencia. Investigaciones recientes (principalmente desde el Protocolo de Montreal) muestran que muchos humanos tienen niveles de vitamina D inferiores a los óptimos. En particular, en la población de los EE. UU., se encontró que la cuarta parte más baja de vitamina D (<17,8 ng/ml) usando información de la Encuesta Nacional de Examen de Salud y Nutrición está asociada con un aumento en la mortalidad por todas las causas en la población general. Si bien el nivel de vitamina D en la sangre por encima de 100 ng/ml parece elevar excesivamente el calcio en la sangre y estar asociado con una mayor mortalidad, el cuerpo tiene mecanismos que evitan que la luz solar produzca más vitamina D de lo que el cuerpo necesita.

Efectos en los animales

Un informe de noviembre de 2011 realizado por científicos del Instituto de Zoología de Londres encontró que las ballenas frente a la costa de California han mostrado un fuerte aumento en el daño solar, y estos científicos "temen que la culpa sea de la disminución de la capa de ozono". 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 UV como resultado del agotamiento del ozono es el culpable del daño observado en la piel, de la misma manera que las tasas de cáncer de piel en humanos han aumentado en las últimas décadas".Aparte 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.

Efectos en 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 UV y se verían afectadas por su aumento. "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 los niveles elevados de UVB, por lo que el crecimiento de las plantas puede verse directamente afectado por la radiación UVB".

Efectos sobre la vida vegetal

A lo largo de los años, la capa de ozono del Ártico se ha agotado gravemente. Como consecuencia, las especies que viven por encima de la capa de nieve o en áreas donde la nieve se ha derretido en abundancia, debido a las altas temperaturas, se ven afectadas negativamente por la radiación UV que llega al suelo. 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 las plantas. Los informes han encontrado que cuando las plantas se exponen a la radiación UVB similar al agotamiento del ozono estratosférico, no hubo cambios significativos en la altura de la planta o la masa de la hoja, pero mostraron una respuesta en la biomasa de los brotes y el área de la hoja con una pequeña disminución. Sin embargo, se ha demostrado que la radiación UVB disminuye el rendimiento cuántico del fotosistema II.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 experimentan diferentes niveles de radiación UV a lo largo del día. Se sabe que son capaces de cambiar los niveles y tipos de protectores solares UV (es decir, flavonoides) que contienen a lo largo del día. Esto les permite aumentar su protección contra la radiación UV. Las plantas que han sido afectadas por la radiación a lo largo del desarrollo se ven más afectadas por la incapacidad de interceptar la luz con un área foliar más grande que por tener los sistemas fotosintéticos comprometidos. Es más probable que el daño de la radiación UVB sea significativo en las interacciones entre especies que en las plantas mismas.

Otro impacto significativo del agotamiento del ozono en la vida vegetal es el estrés que experimentan las plantas cuando se exponen a la radiación ultravioleta. Esto puede provocar una disminución del crecimiento de las plantas y un aumento del estrés oxidativo, debido a la producción de óxido nítrico y peróxido de hidrógeno. La reducción del crecimiento de las plantas tendrá importantes consecuencias a largo plazo. Se proyecta que la productividad de las plantas disminuiría en un 6% y habrá una reducción en la cantidad de carbono que las plantas capturarían/secuestrarían del medio ambiente.

Además, si las plantas están expuestas a altos niveles de radiación UV, pueden provocar la producción de compuestos orgánicos volátiles nocivos, como los isoprenos. La emisión de isoprenos al aire por parte de las plantas puede tener un impacto grave en el medio ambiente al aumentar la contaminación del aire y aumentar la cantidad de carbono en la atmósfera, lo que en última instancia contribuye al cambio climático.

Política pública

El alcance total del daño que los CFC han causado a la capa de ozono no se conoce 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 de la ciencia. El caso del ozono fue entendido comparativamente bien por los legos, ya que, por ejemplo, el escudo de ozono o el agujero de ozono fueron "metáforas puente fáciles de entender" útiles. Los estadounidenses abandonaron voluntariamente los aerosoles, lo que resultó en una pérdida de ventas del 50 por ciento incluso antes de que se hiciera cumplir la legislación.

Después de que un informe de 1976 de la Academia Nacional de Ciencias de los Estados Unidos concluyera que la evidencia científica creíble respaldaba la hipótesis del agotamiento del ozono, algunos países, incluidos los Estados Unidos, Canadá, Suecia, Dinamarca y Noruega, se movieron para eliminar el uso de CFC en aerosoles. latasEn ese momento, esto fue ampliamente considerado 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 de los halocarbonos y un cambio general en la actitud hacia la protección ambiental). regulación durante los primeros dos 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 crítica de DuPont para freón expiraba en 1979. Estados Unidos prohibió el uso de CFC en latas de aerosol en 1978.La Comunidad Europea rechazó las propuestas para prohibir los CFC en aerosoles y, en los EE. UU., los CFC continuaron utilizándose como refrigerantes y para limpiar placas de circuitos. La producción mundial de CFC cayó bruscamente después de la prohibición de los aerosoles en EE. UU., pero en 1986 había vuelto casi a su nivel de 1976. En 1993, DuPont Canada cerró sus instalaciones de CFC.

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 halocarbono. En 1985, veinte países, 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 negociar 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 de la atención pública sobre el tema. En 1987, representantes de 43 naciones firmaron el Protocolo de Montreal. Mientras tanto, la industria de los halocarbonos cambió de posición y comenzó a respaldar un protocolo para limitar la producción de CFC. Sin embargo, este cambio fue desigual ya que DuPont actuó más rápido que sus contrapartes europeas. Es posible que DuPont temiera una acción judicial relacionada con el aumento del cáncer de piel, especialmente porque la EPA había publicado un estudio en 1986 que afirmaba que se esperaban 40 millones de casos adicionales y 800,000 muertes por cáncer en los EE. UU. en los próximos 88 años.La UE también cambió su posición después de que Alemania renunciara a su defensa de la industria de CFC y comenzara a apoyar los movimientos hacia la regulación. El gobierno y la industria de Francia y el Reino Unido trataron de defender sus industrias productoras de CFC incluso después de que se firmara el Protocolo de Montreal.

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. Después de una serie de expediciones científicas a la Antártida, se obtuvieron pruebas convincentes de que el agujero de la capa de ozono fue causado por el cloro y el bromo de los organohalógenos artificiales., el Protocolo de Montreal se fortaleció en una reunión de 1990 en Londres. Los participantes acordaron eliminar completamente 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 los países que no pertenecen al Artículo 5 y para el 2010 en los países del Artículo 5 (menos desarrollados). En una reunión de 1992 en Copenhague, la fecha de eliminación se adelantó a 1996.En la misma reunión, se agregó a la lista de sustancias controladas el bromuro de metilo (MeBr), un fumigante utilizado principalmente en la producción agrícola. Para todas las sustancias controladas bajo el protocolo, los cronogramas 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 no incluidos en el Artículo 5(1) Partes del Protocolo. Además, podrían solicitarse exenciones de los cronogramas acordados bajo el proceso de Exención por Uso Esencial (EUE) para sustancias distintas al bromuro de metilo y bajo el proceso de Exención por Uso Crítico (CUE) para el bromuro de metilo.

La sociedad civil, incluidas especialmente las ONG, desempeñaron un papel fundamental en todas las etapas del desarrollo de políticas que condujeron a la Conferencia de Viena, el Protocolo de Montreal y en la evaluación del cumplimiento posterior. Las principales empresas afirmaron que no existían alternativas a los HFC. Se desarrolló un refrigerante de hidrocarburo seguro para la capa de ozono en un instituto tecnológico de Hamburgo en Alemania, que consiste en una mezcla de gases de hidrocarburo propano y butano, y en 1992 llamó la atención de la organización no gubernamental (ONG) Greenpeace. Greenpeace lo llamó "Greenfreeze". 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.En 1995, Alemania ya había declarado ilegales los refrigeradores con CFC. 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 unos 300 millones de refrigeradores en 2008. En América Latina, una empresa nacional argentina comenzó la producción de Greenfreeze en 2003, mientras que el gigante Bosch en Brasil comenzó un año después. Para 2013, lo usaban unos 700 millones de refrigeradores, lo que representaba alrededor del 40 por ciento del mercado. 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 las preocupaciones con respecto a los HCFC. En algunas aplicaciones, los hidrofluorocarbonos (HFC) se usaban para reemplazar 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 los análisis de laboratorio (un antiguo uso "esencial"), las sustancias que agotan la capa de ozono se pueden reemplazar con varios otros solventes. Compañías químicas como Du Pont, cuyos representantes incluso menospreciaron a Greenfreeze como "esa tecnología alemana", maniobraron a la EPA para bloquear la tecnología en los EE. UU. hasta 2011. Ben & Jerry's de Unilever y General Electric, estimulados por Greenpeace, habían expresado interés formal en 2008 que figuraba en la aprobación final de la EPA.

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. Muchas SAO son también gases de efecto invernadero, algunos agentes de forzamiento radiativo miles de veces más potentes que el dióxido de carbono a corto y medio plazo. Por lo tanto, las políticas de protección de 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 verdadero nivel 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 90. 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 modificado el Reglamento 12 del Anexo VI de MARPOL en relación con las sustancias que agotan la capa de ozono. A partir del 1 de julio de 2010, todas las embarcaciones en las que sea aplicable el Anexo VI de MARPOL deberán contar con una lista de equipos que utilicen 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 emisiones a la atmósfera previstas o no previstas. Además, también se debe registrar el nuevo suministro de SAO o el desembarco en instalaciones en tierra.

Perspectivas del agotamiento del ozono

Desde que la adopción y el fortalecimiento del Protocolo de Montreal han llevado a reducciones en las emisiones de CFC, las concentraciones atmosféricas de los compuestos más importantes han ido disminuyendo. Estas sustancias se están eliminando gradualmente de la atmósfera; desde que alcanzó su punto máximo en 1994, el nivel de cloro equivalente efectivo (EECl) en la atmósfera había disminuido un 10 % en 2008. La disminución de las sustancias químicas que agotan la capa de ozono también se ha visto afectada significativamente por una disminución de las sustancias químicas que contienen bromo. Los datos sugieren que existen fuentes naturales sustanciales de bromuro de metilo atmosférico (CH₃hermano). La eliminación gradual de los CFC significa que el óxido nitroso (N₂O), que no está cubierto por el Protocolo de Montreal, se ha convertido en la sustancia que agota la capa de ozono más emitida y se espera que siga siéndolo a lo largo del siglo XXI.

Según el Sexto Informe de Evaluación del IPCC, los niveles globales de ozono estratosférico experimentaron una rápida disminución en las décadas de 1970 y 1980 y desde entonces han ido en aumento, pero no han alcanzado los niveles preindustriales. Aunque se espera una variabilidad considerable de un año a otro, incluso en las regiones polares donde el agotamiento es mayor, se espera que la capa de ozono continúe recuperándose en las próximas décadas debido a la disminución de las concentraciones de sustancias que agotan el ozono, suponiendo el pleno cumplimiento del Protocolo de Montreal.

Se espera que el agujero de ozono antártico continúe durante décadas. Las concentraciones de ozono en la estratosfera inferior sobre la Antártida aumentaron entre un 5 % y un 10 % para 2020 y volverán a los niveles anteriores a 1980 alrededor de 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 mayor uso futuro previsto en los países en desarrollo. Otro factor que puede prolongar el agotamiento del ozono es la extracción de óxidos de nitrógeno desde arriba de la estratosfera debido a los patrones cambiantes del viento. En 2016 se informó una tendencia gradual hacia la "curación". En 2019, el agujero de ozono alcanzó su punto más bajo en los treinta años anteriores, debido a que la estratosfera polar más cálida debilitó el vórtice polar.

Historia de la investigación

Los procesos físicos y químicos básicos que conducen a la formación de una capa de ozono en la estratosfera de la Tierra fueron descubiertos por Sydney Chapman en 1930. La radiación ultravioleta de longitud de onda corta divide un oxígeno (O₂) 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 + O₃→ 2O₂. En la década de 1950, David Bates y Marcel Nicolet presentaron evidencia de que varios radicales libres, en particular hidroxilo (OH) y 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 sería aproximadamente el doble de gruesa de lo que es actualmente.

En 1970 Paul Crutzen señaló que las emisiones de óxido nitroso (N₂O), un gas estable y de larga vida producido por 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 como para llegar a la estratosfera, donde se convierte en NO. Crutzen luego señaló que el aumento del uso de fertilizantes podría haber llevado a un aumento en las emisiones de óxido nitroso sobre el entorno natural, lo que a su vez daría como resultado un aumento en la cantidad de NO en la estratosfera. Por lo tanto, la actividad humana podría afectar la capa de ozono estratosférico. Al año siguiente, Crutzen y (independientemente) Harold Johnston sugirieron que las emisiones de NOx 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 en 1995 por David W. Fahey,Esto, expresó Fahey, no sería un obstáculo para el desarrollo avanzado de aviones de pasajeros supersónicos.

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 orgánicos de halógeno de larga duración, como los CFC, podrían comportarse de manera similar a la propuesta por Crutzen para el óxido nitroso.. James Lovelock había descubierto recientemente, durante un crucero por el Atlántico Sur en 1971, que casi todos los compuestos CFC fabricados desde su invención en 1930 todavía estaban presentes en la atmósfera. Molina y Rowland concluyeron que, al igual que N₂O, 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 eficaz 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 importante 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 de DuPont diciendo que la teoría del agotamiento del ozono es "un cuento de ciencia ficción... un montón de basura... tonterías". Robert Abplanalp, presidente de Precision Valve Corporation (e inventor de la primera válvula práctica para latas de aerosol), escribió al rector de UC Irvine para quejarse de las declaraciones públicas de Rowland. 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 fuente (CFC y compuestos relacionados) y las especies de depósito de cloro (HCl y ClONO₂) 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 finalmente llegarían a la estratosfera. Aún más convincente fue la medición, realizada 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; por lo tanto, su observación demostró que los radicales Cl no solo estaban presentes en la estratosfera, sino que también estaban realmente involucrados en la destrucción del ozono. McElroy y Wofsy ampliaron el trabajo de Rowland y Molina al demostrar 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 los extintores de incendios, eran una fuente potencialmente importante de gases 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 indicaban que, si la producción de CFC continuaba a los niveles de 1977, el ozono atmosférico total alcanzaría un estado estable después de aproximadamente un siglo, 15 a 18 por ciento por debajo de los niveles normales. Para 1984, cuando se disponía de mejor evidencia sobre la velocidad de las reacciones críticas, esta estimación se cambió a un agotamiento en estado estacionario del 5 al 9 por ciento. Canadá y Noruega prohibieron el uso de CFC en latas de aerosol en 1978. Las primeras estimaciones indicaban que, si la producción de CFC continuaba a los niveles de 1977, el ozono atmosférico total alcanzaría un estado estable después de aproximadamente un siglo, entre un 15 y un 18 por ciento por debajo de los niveles normales.. Para 1984, cuando se disponía de mejor evidencia sobre la velocidad de las reacciones críticas, esta estimación se cambió a un agotamiento en estado estacionario del 5 al 9 por ciento. Canadá y Noruega prohibieron el uso de CFC en latas de aerosol en 1978. Las primeras estimaciones indicaban que, si la producción de CFC continuaba a los niveles de 1977, el ozono atmosférico total alcanzaría un estado estable después de aproximadamente un siglo, entre un 15 y un 18 por ciento por debajo de los niveles normales.. Para 1984, cuando se disponía de mejor evidencia sobre la velocidad de las reacciones críticas, esta estimación se cambió a un agotamiento en estado estacionario del 5 al 9 por ciento.

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 Farman, Gardiner y Shanklin del British Antarctic Survey (informado por primera vez en un artículo en Nature en mayo de 1985) sorprendió a la comunidad científica, porque la disminución observada en el ozono polar fue mucho mayor. de lo que nadie había previsto. Las mediciones satelitales (TOMS a bordo de Nimbus 7) que mostraban el agotamiento masivo del ozono alrededor del polo sur estaban disponibles al mismo tiempo. Sin embargo, estos fueron inicialmente rechazados como irrazonables por los algoritmos de control de calidad de datos (fueron filtrados como errores ya que los valores eran inesperadamente bajos); el agujero de ozono se detectó solo en los datos satelitales cuando los datos sin procesar se reprocesaron luego de la evidencia del agotamiento del ozono en las observaciones in situ.Cuando se volvió a ejecutar el software sin las banderas, el agujero de ozono se vio ya en 1976.

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 estratosfera antártica fría causaron un aumento masivo, aunque localizado y estacional, en la cantidad de cloro presente en formas activas que destruyen el ozono. Las nubes estratosféricas polares en la Antártida solo se forman cuando hay temperaturas muy bajas, tan bajas como -80 °C, y condiciones primaverales tempranas. En tales condiciones, los cristales de hielo de la nube brindan 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 se produce en la superficie de los cristales de las nubes es muy diferente de la que se produce 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 posteriormente por mediciones directas, desde tierra y desde aviones a gran altura, de altísimas concentraciones de monóxido de cloro (ClO) en la estratosfera antártica.

También se probaron hipótesis alternativas, que habían atribuido el agujero de ozono a variaciones en la radiación ultravioleta solar o a cambios en los patrones de circulación atmosférica, y se demostró que eran insostenibles.

Mientras tanto, el análisis de las mediciones de ozono de la red mundial de espectrofotómetros Dobson basados ​​en tierra llevó a un panel internacional a concluir que, de hecho, la capa de ozono se estaba agotando, en todas las latitudes fuera de los trópicos. 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 del ozono, basados ​​en mediciones satelitales. El informe de 2007 mostró que el agujero en la capa de ozono se estaba recuperando y era el más pequeño desde hacía una década. El informe de 2010 encontró: "Durante la última década, el ozono global y el ozono en las regiones del Ártico y la Antártida ya no está disminuyendo pero aún no está aumentando. Se prevé que la capa de ozono fuera de las regiones polares se recupere a sus niveles anteriores a 1980 en algún momento. antes de mediados de este siglo. Por el contrario, se espera que el agujero de ozono de primavera sobre la Antártida se recupere mucho más tarde". En 2012, la NOAA y la NASA informaron que "las temperaturas del aire más cálidas por encima de la Antártida dieron lugar al segundo agujero de ozono más pequeño de la temporada 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 a 21,2 millones de kilómetros cuadrados. kilómetros". Se informó una tendencia gradual hacia la "curación" en 2016 y luego en 2017. Se informa que la señal de recuperación es evidente incluso en las altitudes de saturación de pérdida de ozono.

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. El agujero de ozono ha influido en la circulación atmosférica hasta los trópicos y ha aumentado las precipitaciones en las latitudes subtropicales bajas del hemisferio sur.

Ozono ártico "mini-agujero"

El 3 de marzo de 2005, la revista Nature publicó un artículo que relacionaba el inusualmente grande agujero de ozono del Ártico de 2004 con la actividad del viento solar.

El 15 de marzo de 2011, se observó una pérdida récord de la capa de ozono, ya que se destruyó aproximadamente la mitad del ozono presente sobre el Ártico. El cambio se atribuyó a inviernos cada vez más fríos en la estratosfera del Ártico a una altitud de aproximadamente 20 km (12 millas), un cambio asociado con el calentamiento global en una relación que aún está bajo investigación. 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. Esto requeriría que las cantidades de ozono cayesen por debajo de las 200 unidades Dobson, de las 250 registradas en el centro de Siberia. Se predice que la capa de adelgazamiento afectaría partes de Escandinavia y Europa del Este del 30 al 31 de marzo.

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. El nivel de agotamiento del ozono fue tan grave que los científicos dijeron que podría compararse con el agujero de ozono que se forma sobre la Antártida cada invierno. Según el estudio, "por primera vez, se produjo una pérdida suficiente para describirse razonablemente como un agujero de ozono en el Ártico".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 normal, lo que permitió una mayor destrucción del ozono. compuestos de cloro a crear. Según Lamont Poole, coautor del estudio, las partículas de nubes y aerosoles en las que se encuentran los compuestos de cloro "fueron abundantes en el Ártico hasta mediados de marzo de 2011, mucho más tarde de lo habitual, con cantidades promedio en algunas altitudes similares a las observadas. en la Antártida, y dramáticamente mayor que los valores cercanos a cero observados en marzo en la mayoría de los inviernos árticos".

En 2013, los investigadores analizaron los datos y encontraron que el evento ártico de 2010-11 no alcanzó los niveles de agotamiento del ozono para clasificarlo como un verdadero agujero. Un agujero en el ozono generalmente se clasifica como 220 unidades Dobson o menos; el agujero del Ártico no se acercó a ese bajo nivel. Desde entonces ha sido clasificado como un "mini-agujero".

Tras el agotamiento del ozono en 1997 y 2011, los globos meteorológicos midieron una caída del 90 % 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 por última vez, debido a temperaturas frías jamás registradas desde 1979, y un fuerte vórtice polar que permitió que los químicos, incluidos el cloro y el bromo, se corroeran.

En 2020 se estudió un agujero raro, resultado de temperaturas inusualmente bajas en la atmósfera sobre el polo norte.

Agujero de ozono tibetano

Como los inviernos 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. También en 2011 volvió a aparecer 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.

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 sobre las nubes de tormenta de verano en los Estados Unidos y, por lo tanto, también puede estar destruyendo el ozono allí.

Agujero de ozono sobre los trópicos

El físico Qing-Bin Lu, de la Universidad de Waterloo, afirmó haber descubierto un gran agujero de ozono permanente en la estratosfera inferior sobre los trópicos en julio de 2022. Sin embargo, otros investigadores en el campo refutaron esta afirmación, afirmando que la investigación estaba plagado de "graves errores y afirmaciones sin fundamento".Según el Dr. Paul Young, autor principal de la Evaluación científica del agotamiento del ozono de la OMM/PNUMA de 2022, "la identificación del autor de un 'agujero de ozono tropical' se debe a que él observa los cambios porcentuales en el ozono, en lugar de los cambios absolutos, con la este último es mucho más relevante para dañar los rayos UV que alcanzan la superficie". Específicamente, el trabajo de Lu define el "agujero de ozono" como "un área con una pérdida de O3 en porcentaje superior al 25%, con respecto al valor de O3 no perturbado cuando no había CFC significativos en la estratosfera (∼ en la década de 1960)" en lugar del general. definición de 220 unidades Dobson o inferior. La Dra. Marta Abalos Alvarez ha añadido que "el agotamiento del ozono en los trópicos no es nada nuevo y se debe principalmente a la aceleración de la circulación de Brewer-Dobson".

El agotamiento del ozono y el 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. Antes de la década de 1980, la UE, la NASA, la NAS, el PNUMA, la 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 para llegar a un consenso para proporcionar el Resumen del IPCC para los responsables de la formulación de políticas.

Hay varias áreas de vinculación entre el agotamiento del ozono y la ciencia del calentamiento global:

• el mismo CO₂Se espera que el forzamiento radiativo que produce el calentamiento global enfríe la estratosfera. Se espera que este enfriamiento, a su vez, produzca un aumento relativo en el ozono (O₃) el agotamiento en el área polar y la frecuencia de los agujeros de ozono.
• Por el contrario, el agotamiento del ozono representa un forzamiento radiativo del sistema climático. Hay dos efectos opuestos: la reducción del 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 " observó O estratosférico₃Las pérdidas en las últimas dos décadas han causado un forzamiento negativo del sistema superficie-troposfera de alrededor de -0,15 ± 0,10 vatios por metro cuadrado (W/m).
• Una de las predicciones más fuertes del efecto invernadero es que la estratosfera se enfriará. 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 del Laboratorio de Dinámica de Fluidos Geofísicos de la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica muestran que por encima de los 20 km (12 millas), los gases de efecto invernadero dominan el enfriamiento.
• Como se indica en 'Política pública', los productos químicos 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 de forzamiento radiativo, lo que corresponde a alrededor del 14 por ciento del forzamiento radiativo total de los aumentos en las concentraciones de gases de efecto invernadero bien mezclados.
• El modelado a largo plazo del proceso, su medición, estudio, diseño de teorías y pruebas tarda décadas en documentarse, obtener una amplia aceptación y, en última instancia, convertirse en el paradigma dominante. En la década de 1980 se formularon hipótesis sobre la destrucción del ozono, 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. El refinamiento adicional de ese modelo representó el 89 por ciento del ozono destruido, pero retrasó la recuperación estimada del agujero de ozono de 75 años 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.

Conceptos erróneos

Peso 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 llegar a la estratosfera en cantidades significativas. Sin embargo, los gases atmosféricos no se clasifican por peso; las fuerzas del viento pueden mezclar completamente los gases en la atmósfera. Los CFC más ligeros se distribuyen uniformemente por toda la turboesfera y alcanzan la atmósfera superior, aunque algunos de los CFC más pesados ​​no se distribuyen uniformemente.

Porcentaje de cloro artificial

Otro concepto erróneo es que "generalmente se acepta que las fuentes naturales de cloro troposférico son de cuatro a cinco veces más grandes que las artificiales". 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, la lluvia lo lava antes de que llegue a la estratosfera. Los CFC, por el contrario, son insolubles y de larga vida, lo que les permite llegar a la estratosfera. En la atmósfera inferior, hay mucho más cloro procedente de los CFC y los haloalcanos relacionados que el HCl procedente de la niebla salina, y en la estratosfera dominan los halocarbonos. Solo el cloruro de metilo, que es uno de estos halocarbonos, tiene una fuente principalmente natural,y es responsable de alrededor del 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 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 del penacho volcánico del Monte Erebus en la isla Ross, Antártida, son un importante contribuyente al agujero de ozono antártico.

Sin embargo, un estudio de 2015 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 llegar a la estratosfera antártica a través de ciclones de latitudes altas y luego la vórtice polar. Dependiendo de la actividad del volcán Erebus, la masa anual adicional de HCl que ingresa a la estratosfera desde Erebus varía de 1,0 a 14,3 kt.

Primera observación

GMB Dobson mencionó que cuando los niveles de ozono de primavera en la Antártida sobre Halley Bay se midieron por primera vez en 1956, se sorprendió al descubrir que eran ~320 UD, o alrededor de 150 UD por debajo de los niveles primaverales del Ártico de ~450 UD. Estos eran en ese momento los únicos valores conocidos de ozono antártico 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 a 100 DU.

La discrepancia entre el Ártico y la Antártida señalada 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 a 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 permanecer constantes, los niveles de ozono de principios de la primavera caen repentinamente desde sus valores invernales ya bajos, hasta en un 50 por ciento, y los valores normales no se alcanzan nuevamente hasta diciembre.

Ubicación del agujero

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 que haya más CFC concentrados sino que las bajas temperaturas ayudan a formar nubes estratosféricas polares. 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.

Día Mundial del Ozono

En 1994, la Asamblea General de las Naciones Unidas votó para designar el 16 de septiembre como el Día Internacional para la Preservación de la Capa de Ozono, o "Día Mundial del Ozono". La designación conmemora la firma del Protocolo de Montreal en esa fecha en 1987.