Disminución de ozono
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El agotamiento del ozono se describen dos observaciones distintas, pero relacionadas entre sí: una lenta y constante descenso de alrededor del 4 por ciento por década en la cantidad total de ozono en la Tierra estratosfera desde finales de 1970; y una mucho más grande, pero estacional, disminución de la capa de ozono estratosférico sobre las regiones polares de la Tierra durante el mismo período. Este último fenómeno se conoce comúnmente como el agujero de ozono. Además de esto el agotamiento del ozono estratosférico bien conocido, también hay episodios de agotamiento del ozono troposférico, que ocurren cerca de la superficie en las regiones polares durante la primavera.
El mecanismo detallado por el cual la forma de agujeros de ozono polar es diferente de aquel para el adelgazamiento de latitudes medias, pero el proceso más importante en ambas tendencias es catalítica destrucción del ozono por el cloro y el bromo atómico. La fuente principal de estos halógenos átomos en la estratosfera es fotodisociación del clorofluorocarbonos (CFC) compuestos, llamados comúnmente freones, y de compuestos bromofluorocarbon conocido como halones. Estos compuestos son transportados a la estratosfera después de haber sido emitida en la superficie. Ambos mecanismos de agotamiento del ozono como el fortalecimiento de las emisiones de CFC y halones aumentaron.
CFC y otras sustancias contributivas se conocen comúnmente como sustancias que agotan la capa de ozono (SAO). Puesto que la capa de ozono impide longitudes de onda UVB más dañinas (270-315 nm) de la luz ultravioleta (luz UV) pase a través de la atmósfera de la Tierra , descensos observados y proyectados en el ozono han generado preocupación en todo el mundo que conduce a la adopción de la Protocolo de Montreal que prohíba la producción de los CFC y los halones, así como los productos químicos que agotan el ozono conexas, como el tetracloruro de carbono y tricloroetano. Se sospecha que una variedad de consecuencias biológicas tales como aumentos en cáncer de piel, daño a las plantas, y la reducción de las poblaciones de plancton en el océano de zona fótica puede resultar de la mayor exposición UV debido al agotamiento del ozono.
Resumen de ciclo Ozono
Tres formas (o alótropos ) de oxígeno están implicados en el ciclo de ozono-oxígeno: Oxygen . átomos (O o oxígeno atómico), el gas de oxígeno (O 2 u oxígeno diatómico), y el gas ozono (O 3 u oxígeno triatómica) El ozono se forma en la estratosfera cuando las moléculas de oxígeno photodissociate después de absorber una radiación ultravioleta fotón cuya longitud de onda es más corta que 240 nm. Esto produce dos átomos de oxígeno. El oxígeno atómico se combina con O2 para crear O 3. Las moléculas de ozono absorben la luz ultravioleta entre 310 y 200 nm, después de lo cual la capa de ozono se divide en una molécula de O 2 y un átomo de oxígeno. El átomo de oxígeno y luego se une a una molécula de oxígeno para regenerar la capa de ozono. Este es un proceso continuo que termina cuando un átomo de oxígeno "recombina" con una molécula de ozono para hacer dos moléculas de O 2: O + O 3 → 2 O 2
La cantidad total de ozono en la estratosfera está determinada por un equilibrio entre la producción y la recombinación fotoquímica.
El ozono puede ser destruido por una serie de catalizadores de radicales libres, las más importantes de las cuales son la radical hidroxilo (OH ·), el óxido nítrico radical (NO ·) y atómica de cloro (Cl ·) y bromo (Br ·). Todos ellos tienen ambos (artificiales) de fuentes naturales y antropogénicas; en la actualidad, la mayor parte del OH · y · NO en la estratosfera es de origen natural, pero la actividad humana ha aumentado dramáticamente el alto contenido de cloro y bromo oxígeno. Estos elementos se encuentran en ciertos compuestos orgánicos estables, especialmente clorofluorocarbonos (CFCs), que pueden encontrar su camino a la estratosfera sin ser destruido en la troposfera debido a su baja reactividad. Una vez en la estratosfera, los átomos de Cl y Br se liberan de los compuestos de origen por la acción de la luz ultravioleta, por ejemplo ('h' es Constante, 'ν' de Planck es frecuencia de la radiación electromagnética )
CFCl3 + hv → CFCl 2 + Cl
Los átomos de Cl y Br entonces pueden destruir las moléculas de ozono a través de una variedad de catalizadores ciclos. En el ejemplo más simple de tal ciclo, un átomo de cloro reacciona con una molécula de ozono, teniendo un átomo de oxígeno con ella (ClO formando) y dejando una molécula de oxígeno normal. Un átomo de oxígeno libre entonces quita el oxígeno del ClO, y el resultado final es una molécula de oxígeno y un átomo de cloro, que luego reinicia el ciclo. La abreviatura química para estas reacciones en fase gaseosa es:
Cl + O3 → ClO + O 2
ClO + O → Cl + O 2
La reacción neta es: O 3 + O → 2 O 2, la reacción "recombinación" dado anteriormente.
El efecto general es aumentar la tasa de recombinación, dando lugar a una disminución general en la cantidad de ozono. Por este mecanismo particular para operar debe ser una fuente de átomos de O, que es principalmente la foto disociación de O 3; por tanto, este mecanismo sólo es importante en la estratosfera superior, donde dichos átomos son abundantes. Mecanismos más complicados han descubierto que conducen a la destrucción del ozono en la estratosfera inferior, así.
Un solo átomo de cloro sería seguir destruyendo la capa de ozono durante un máximo de dos años (la escala de tiempo para el transporte de regreso a la troposfera) si no fuera por las reacciones que los alejan de este ciclo mediante la formación de especies reservorio como cloruro de hidrógeno (HCl) y nitrato de cloro (ClONO 2). Sobre una base por átomo, bromo es aún más eficaz que el cloro en la destrucción de la capa de ozono, pero hay mucho menos bromo en la atmósfera en la actualidad. Como resultado, tanto el cloro y el bromo contribuyen significativamente a la disminución global de ozono. Los estudios de laboratorio han demostrado que los átomos de flúor y yodo participan en ciclos catalíticos análogos. Sin embargo, en la estratosfera de la Tierra, átomos de flúor reaccionan rápidamente con agua y metano para formar fuertemente unido HF, mientras que las moléculas orgánicas que contienen yodo reaccionan tan rápidamente en la atmósfera inferior que no llegan a la estratosfera en cantidades significativas. Además, un solo átomo de cloro es capaz de reaccionar con 100.000 moléculas de ozono. Este hecho, más la cantidad de cloro liberado a la atmósfera por los clorofluorocarbonos (CFC) demuestra lo peligroso anual CFC son para el medio ambiente.
Comprensión cuantitativa del proceso de pérdida de ozono químico
Una nueva investigación sobre el desglose de una molécula clave en estos productos químicos que agotan el ozono, peróxido de dicloro (Cl2O2), pone en duda la integridad de los actuales modelos atmosféricos del agotamiento del ozono polar. En concreto, los químicos del Laboratorio de Propulsión a Chorro de la NASA en Pasadena, California, encontró en 2007 que las temperaturas y el espectro y la intensidad de la radiación presente en la estratosfera crearon condiciones suficientes para permitir que el tipo de producto químico-desglose requerido para liberar radicales de cloro en el volumen necesario explicar las tasas observadas de agotamiento del ozono. En cambio, las pruebas de laboratorio, diseñado para ser el reflejo más preciso de las condiciones estratosféricas hasta la fecha, mostraron la desintegración de la molécula fundamental casi una magnitud menor que se pensaba.
Observaciones sobre el agotamiento de la capa de ozono
La disminución más pronunciada en la capa de ozono ha estado en la parte inferior estratosfera. Sin embargo, el agujero de ozono está más generalmente no se mide en términos de las concentraciones de ozono en estos niveles (que son normalmente de unas pocas partes por millón), sino por reducción en la columna de ozono total, por encima de un punto de la superficie de la Tierra, que se expresa normalmente en Unidades Dobson, abreviado como "DU". Disminuciones marcadas en la columna de ozono en la Primavera antártica y principios de verano en comparación con la década de 1970 y antes de que se han observado utilizando instrumentos como el Espectrómetro de Cartografía Total del Ozono (TOMS).
Las reducciones de hasta un 70% en la columna de ozono observado en la austral (hemisferio sur) de primavera sobre la Antártida y el primero reportado en 1985 (Farman et al 1985) continúan. A través de la década de 1990, columna de ozono total en septiembre y octubre han seguido siendo un 40-50% más bajos que los valores previos al agujero del ozono. En el Ártico la cantidad perdida es más años de año a la variable que en la Antártida. Los mayores descensos, hasta el 30%, están en el invierno y la primavera, cuando la estratosfera es más frío.
Las reacciones que tienen lugar en las nubes estratosféricas polares (PSC) juegan un papel importante en el aumento de la destrucción del ozono. PSC forman más fácilmente en el frío extremo de la estratosfera antártica. Es por esto que los agujeros de ozono se formaron, y son más profundas, sobre la Antártida. Los primeros modelos no tomaron en cuenta las ventanillas únicas y predijo un agotamiento mundial gradual, por lo que el agujero de ozono antártico súbita fue una sorpresa para muchos científicos.
En latitudes medias es preferible hablar de agotamiento del ozono en lugar de agujeros. Los descensos son alrededor de 3% por debajo de los valores previos a 1980 para 35 a 60 ° N y aproximadamente el 6% de 35 a 60 ° S. En los trópicos, no hay tendencias significativas.
El agotamiento del ozono también explica gran parte de la reducción observada en la estratosfera y superior Las temperaturas en la troposfera. La fuente de la calidez de la estratosfera es la absorción de la radiación UV por el ozono, por lo tanto, reduce la capa de ozono lleva al enfriamiento. Algunos enfriamiento estratosférico también se predice a partir aumentos de gases de efecto invernadero como el CO2 ; sin embargo, el enfriamiento inducido ozono parece ser dominante.
Las predicciones de los niveles de ozono siguen siendo difíciles. La Organización Meteorológica Mundial Global de Investigación y Vigilancia del Ozono de Proyectos - Informe No. 44 sale muy a favor para el Protocolo de Montreal, pero señala que un PNUMA 1994 Evaluación sobreestimó la pérdida de ozono para el período 1994-1997.
Los productos químicos en la atmósfera
CFC en la atmósfera
Los clorofluorocarbonos ( CFC) fueron inventados por Thomas Midgley en la década de 1920. Fueron utilizados en unidades de aire acondicionado / refrigeración, como propulsores de aerosol antes de la década de 1980, y en los procesos de limpieza de equipos electrónicos delicados. Ellos también se producen como subproductos de algunos procesos químicos. No hay fuentes naturales importantes nunca se han identificado para estos compuestos - su presencia en la atmósfera se debe casi por completo a la producción humana. Como se menciona en el resumen de ciclo de ozono anteriormente, cuando esos productos químicos que agotan el ozono alcanzan la estratosfera, que se disocian por la luz ultravioleta para liberar átomos de cloro. Los átomos de cloro actúan como un catalizador , y cada uno puede derribar decenas de miles de moléculas de ozono antes de ser retirado de la estratosfera. Dada la longevidad de las moléculas de CFC, los tiempos de recuperación se miden en décadas. Se calcula que una molécula de CFC lleva un promedio de 15 años para pasar del nivel superior de tierra a la atmósfera superior, y puede permanecer allí durante cerca de un siglo, la destrucción de hasta cien mil moléculas de ozono durante ese tiempo.
Verificación de las observaciones
Los científicos han estado cada vez más capaces de atribuir el agotamiento del ozono observado que el aumento de antropogénicas halógenas compuestos de CFC mediante el uso de modelos de transporte de la química compleja y su validación con datos de observación (por ejemplo, SlimCat, Almejas). Estos modelos funcionan mediante la combinación de mediciones satelitales de las concentraciones químicas y campos meteorológicos con constantes de velocidad de reacción química obtenidos en experimentos de laboratorio. Son capaces de identificar no sólo las reacciones químicas clave, sino también los procesos de transporte que traen CFC productos de fotólisis en contacto con el ozono.
El agujero de ozono y sus causas
El agujero de ozono en la Antártida es una zona de la estratosfera antártica en que los niveles de ozono recientes han caído hasta un mínimo de 33% de los valores previos a 1975. El agujero de ozono se produce durante la primavera antártica, de septiembre a principios de diciembre, como fuertes vientos del oeste comienzan a circular en todo el continente y crear un contenedor atmosférico. Dentro de este vórtice polar, más del 50% del ozono estratosférico inferior se destruyó durante la primavera antártica.
Como se explicó anteriormente, la causa general de agotamiento del ozono es la presencia de gases que contienen cloro de origen (principalmente los CFC y los halocarbonos relacionadas). En presencia de luz UV, estos gases se disocian, liberando átomos de cloro, que luego pasan a catalizar la destrucción del ozono. El agotamiento del ozono catalizada-Cl puede tener lugar en la fase gas, pero se mejora drásticamente en presencia de nubes estratosféricas polares (PSC).
Estas nubes estratosféricas polares forman durante el invierno, en el frío extremo. Inviernos polares son oscuros, que consta de 3 meses sin radiación solar (luz solar). No sólo falta de luz solar contribuye a una disminución de la temperatura sino también la trampas de vórtices polares y escalofríos aire. Las temperaturas se mantienen en torno o por debajo de -80 ° C. Estas bajas temperaturas se forman partículas de la nube y se componen de o bien ácido nítrico (Tipo I PSC) o hielo (Tipo II PSC). Ambos tipos proporcionan superficies para reacciones químicas que conducen a la destrucción del ozono.
La procesos fotoquímicos involucrados son complejos pero bien entendido. La observación clave es que, normalmente, la mayoría del cloro en la estratosfera reside en compuestos estables "reserva", principalmente cloruro de hidrógeno (HCl) y nitrato de cloro (ClONO 2). Durante el invierno antártico y la primavera, sin embargo, las reacciones en la superficie de las partículas de las nubes polares estratosféricas convierten estos compuestos "reserva" en radicales libres reactivos (Cl y CLO). Las nubes también pueden eliminar NO 2 de la atmósfera mediante la conversión a ácido nítrico, que evita que el ClO recién formado se convierta de nuevo 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, a pesar de que PSC están en su más abundante, no hay luz sobre el polo para conducir las reacciones químicas. Durante la primavera, sin embargo, sale el sol, el suministro de energía para impulsar las reacciones fotoquímicas, y fundir las nubes estratosféricas polares, la liberación de los compuestos atrapados.
La mayor parte de la capa de ozono que se destruye es en la estratosfera inferior, en contraste con el agotamiento del ozono mucho menor a través de reacciones en fase gaseosa homogénea, que se produce principalmente en la estratosfera superior.
El calentamiento de las temperaturas cerca del final de las vacaciones de primavera hasta el vórtice alrededor de mediados de diciembre. Como los flujos de aire cálido y rico en ozono desde latitudes más bajas, las ventanillas únicas se destruyen, el proceso de agotamiento del ozono se apagará y el orificio sana ozono.
El interés por la disminución de la capa de ozono
Mientras que el efecto del agujero de ozono antártico en la disminución del ozono a nivel mundial es relativamente pequeño, estimado en alrededor del 4% por década, el agujero ha generado un gran interés debido a que:
- La disminución de la capa de ozono se predijo a principios de 1980 para ser más o menos 7% durante un período de sesenta años.
- La súbito reconocimiento en 1985 de que había un "agujero" sustancial se informó ampliamente en la prensa. El agotamiento del ozono especialmente rápido en la Antártida había sido despedido como un error de medición.
- Muchos estaban preocupados de que los agujeros de ozono podrían comenzar a aparecer frente a otras zonas del mundo, pero hasta la fecha el único otro agotamiento a gran escala es un ozono "hoyuelo" más pequeño observado durante la primavera ártica sobre el Polo Norte. El ozono en latitudes medias se ha reducido, pero en un grado mucho menor (alrededor del 5.4% de disminución).
- Si las condiciones se hicieron más severas (temperaturas estratosféricas más frescos, más nubes estratosféricas de cloro, más activo), a continuación, el ozono global podría disminuir a un ritmo mucho mayor. Standard calentamiento global teoría predice que la estratosfera se enfriará.
- Cuando el agujero de ozono antártico alcanza, el aire de ozono empobrecido se desplaza hacia zonas cercanas. La disminución en el nivel de ozono de hasta el 10% han sido reportados en Nueva Zelanda en el mes siguiente a la ruptura del agujero de ozono antártico.
Consecuencias de la destrucción de la capa de ozono
Puesto que la capa de ozono absorbe UVB luz ultravioleta del Sol, se espera que el agotamiento de la capa de ozono para aumentar los niveles de UVB superficie, lo que podría dar lugar a daños, incluyendo aumentos en cáncer de piel. Esta fue la razón para el Protocolo de Montreal. Aunque la disminución de la capa de ozono estratosférico están bien atados a los CFC y existen buenas razones teóricas para creer que la disminución de la capa de ozono dará lugar a un aumento de UVB superficie, no hay evidencia observacional directa que une el agotamiento del ozono a una mayor incidencia de cáncer de piel en los seres humanos. Esto se debe en parte al hecho de que UVA, que también ha sido implicado en algunas formas de cáncer de piel, no es absorbida por el ozono, y es casi imposible controlar las estadísticas de los cambios de estilo de vida en la población.
El aumento de UV
El ozono, mientras que un componente minoritario de la atmósfera de la tierra, 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 trayecto oblicuo espesor / densidad de la capa. Correspondientemente, se espera una disminución de la capa de ozono atmosférica para dar lugar a un aumento significativo de los niveles de UVB cerca de la superficie.
Los aumentos en la superficie UVB debido al agujero de ozono pueden ser parcialmente inferirse radiativas cálculos del modelo de transferencia, pero no se pueden calcular a partir de mediciones directas, debido a la falta de datos históricos fiables (pre-agujero de ozono) UV superficie, aunque existen más programas de medición observación UV superficie reciente (por ejemplo, en Lauder, Nueva Zelanda ).
Debido a que es esta misma radiación UV que crea ozono en la capa de ozono de O 2 (oxígeno regular), en primer lugar, una reducción del ozono estratosférico en realidad tendería a aumentar la producción fotoquímica de ozono a niveles más bajos (en el troposfera), aunque las tendencias generales observadas en la columna total de ozono todavía muestran una disminución, en gran parte porque el ozono producido más abajo tiene una vida fotoquímica naturalmente más corta, por lo que se destruye antes de que las concentraciones podrían alcanzar un nivel que compensar la reducción de ozono más arriba .
Los efectos biológicos de aumento de la UV y la radiación de microondas de una capa de ozono empobrecido
La principal preocupación pública por el agujero de ozono ha sido los efectos de los rayos UV superficie sobre la salud humana. Hasta ahora, el agotamiento del ozono en la mayoría de ubicaciones ha sido típicamente de unos pocos por ciento y, como se señaló anteriormente, no hay evidencia directa de daños a la salud está disponible en la mayoría de latitudes. ¿Los altos niveles de agotamiento se ve en el agujero de ozono en ser común en todo el mundo, los efectos podrían ser sustancialmente más dramático. A medida que el agujero de ozono sobre la Antártida en algunos casos ha crecido tanto como para llegar a zonas del sur de Australia y Nueva Zelanda , los ambientalistas les preocupa que el aumento de la UV superficie podría ser significativo.
Efectos del agotamiento de la capa de ozono en los humanos
UVB (la radiación UV de mayor energía absorbida por la capa de ozono) es generalmente aceptado para ser un factor que contribuye a cáncer de piel. Además, el aumento de los rayos UV superficie conduce a un aumento del ozono troposférico, que es un riesgo para la salud de los seres humanos. El aumento de la superficie de UV también representa un aumento en la vitamina D de la capacidad sintética de la luz del sol.
Los efectos preventivos para el cáncer de la vitamina D representan un posible efecto beneficioso de la destrucción del ozono. En términos de los costos de salud, los posibles beneficios de una mayor radiación UV pueden ser mayores que la carga.
1. basales y células escamosas Los carcinomas - Las formas más comunes de cáncer de piel en los seres humanos, basal y Los carcinomas de células escamosas, han sido fuertemente relacionado con la exposición UVB. El mecanismo por el cual UVB induce estos cánceres se entiende bien - absorción de la radiación UVB provoca que las bases de pirimidina en la molécula de ADN para formar dímeros, dando lugar a errores de transcripción cuando el ADN se replica. Estos cánceres son relativamente leves y rara vez es fatal, aunque el tratamiento del carcinoma de células escamosas en ocasiones requiere una extensa cirugía reconstructiva. Al combinar los datos epidemiológicos con resultados de estudios en animales, los científicos han calculado que una disminución del uno por ciento del ozono estratosférico aumentaría la incidencia de estos cánceres en un 2%.
2. El melanoma maligno - Otra forma de cáncer de piel, melanoma maligno, es mucho menos común, pero mucho más peligroso, al ser letal en un 15% - 20% de los casos diagnosticados. La relación entre el melanoma maligno y la exposición ultravioleta aún no se entiende bien, pero parece que tanto UVB y UVA están involucrados. Los experimentos en peces sugieren que del 90 al 95% de los melanomas malignos puede ser debido a la radiación UVA y visible mientras que los experimentos en zarigüeyas sugieren un papel más grande para UVB. Debido a esta incertidumbre, es difícil estimar el impacto de la disminución del ozono sobre la incidencia del melanoma. Un estudio mostró que un 10% de aumento en la radiación UVB se asoció con un aumento del 19% en los melanomas en los hombres y 16% 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 en un período de siete años, junto con la disminución de la capa de ozono y el aumento de los niveles de UVB.
3. Las cataratas corticales - Estudios sugieren una asociación entre corticales oculares cataratas y la exposición a UV-B, utilizando aproximaciones crudas de la exposición y diversas técnicas de evaluación de cataratas. Una evaluación detallada de la exposición ocular a los rayos UV-B se llevó a cabo en un estudio sobre la Bahía de Chesapeake Watermen, donde el aumento de la exposición media anual ocular se asociaron con el aumento de riesgo de opacidad cortical. En este grupo altamente expuesta de hombres predominantemente blancas, la evidencia que vincula opacidades corticales a la exposición al sol era el más fuerte hasta la fecha. Sin embargo, los datos posteriores de un estudio de base poblacional en Beaver Dam, WI sugirieron el riesgo puede limitarse a los hombres. En el estudio de Beaver Dam, las exposiciones entre las mujeres eran inferiores a las exposiciones entre los hombres, y no se observó asociación. Por otra parte, no había datos que vinculan la exposición al sol con el riesgo de cataratas en los afroamericanos, aunque otras enfermedades de los ojos tienen diferentes prevalencias entre los diferentes grupos raciales, y la opacidad cortical parece ser mayor en los afroamericanos que en los blancos.
4. Aumento del ozono troposférico - Aumento de UV superficie conduce a un aumento el ozono troposférico. El ozono troposférico es generalmente reconocido como un riesgo para la salud, ya que el ozono es tóxico debido a su fuerte propiedades oxidantes. En este momento, el ozono a nivel del suelo se produce principalmente por la acción de la radiación UV sobre gases de combustión de escape de los vehículos.
Efectos en los cultivos
Sería de esperar un aumento de la radiación UV para afectar a los cultivos. Un número de especies económicamente importantes de plantas, tales como arroz , dependerá de cianobacterias que reside en sus raíces para la retención de nitrógeno . Las cianobacterias son sensibles a la luz UV y que se vería afectada por su aumento.
Efectos sobre el plancton
La investigación ha demostrado una extinción generalizada de plancton hace 2 millones de años, que coincidió con una cercana supernova . Hay una diferencia en la orientación y la motilidad de plancton cuando el exceso de los rayos UV llegar a la Tierra. Los investigadores especulan que la extinción fue causada por un debilitamiento significativo de la capa de ozono en ese momento en el que la radiación de la supernova produce óxidos de nitrógeno que catalizan la destrucción del ozono (plancton son particularmente susceptibles a los efectos de la luz UV, y son de vital importancia para marinos redes alimentarias).
Las políticas públicas en respuesta al agujero de ozono
El alcance total de los daños que los CFC han causado a la capa de ozono no se conoce y no se conoce desde hace décadas; sin embargo, ya se han observado descensos marcados en la columna de ozono (como se explica más arriba).
Después de un informe de 1976 por el Academia Nacional de Ciencias concluyó que la evidencia científica creíble apoyó la hipótesis de agotamiento del ozono, algunos países, entre ellos Estados Unidos, Canadá, Suecia y Noruega, se trasladó a eliminar el uso de CFC en los aerosoles. En el momento esto fue ampliamente considerado como un primer paso hacia una política de regulación más amplia, pero el progreso en esta dirección se desaceleró en los años siguientes, debido a una combinación de factores políticos (continua resistencia de la industria de halocarbonos y un cambio general en la actitud hacia el medio ambiente la regulación durante los dos primeros años de la administración Reagan) y los avances científicos (evaluaciones posteriores de la Academia Nacional que indicaban que las primeras estimaciones de la magnitud de la disminución del ozono habían sido demasiado grande). La Comunidad Europea rechazó las propuestas para prohibir los CFC en aerosoles, mientras que incluso en los EE.UU., los CFC se siguió utilizando como refrigerantes y para la limpieza de las placas de circuitos. La producción de CFC en todo el mundo cayó con fuerza después de la prohibición de aerosol de Estados Unidos, pero en 1986 había vuelto casi a su nivel 1976. En 1980, DuPont cerró su programa de investigación de alternativas halocarbonos.
La actitud del gobierno de Estados Unidos comenzó a cambiar de nuevo en 1983, cuando William Ruckelshaus reemplazado Anne M. Burford como Administrador de la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos. Bajo Ruckelshaus y su sucesor, Lee Thomas, la EPA presionó por un enfoque internacional a la normativa de halocarbonos. En 1985 20 países, entre ellos la mayoría de los principales productores de CFC, firmado la Convención de Viena que establece un marco para la negociación de los reglamentos internacionales sobre las sustancias que agotan el ozono. Ese mismo año, se anunció el descubrimiento del agujero de ozono en la Antártida, provocando un renacimiento en la atención pública sobre el tema. En 1987, representantes de 43 naciones firmaron el Protocolo de Montreal. Mientras tanto, la industria halocarbonado cambió su posición y comenzó a apoyar un protocolo para limitar la producción de CFC. Las razones de esto fueron en parte se explica por el "Dr. Mostafa Tolba, ex jefe del Programa Ambiental de las Naciones Unidas, que fue citado en el 30 de junio de 1990 edición de The New Scientist, "... la industria química apoyó el Protocolo de Montreal en 1987, ya que estableció un calendario de todo el mundo para la eliminación de los CFC, que [se] ya no está protegido por patentes. Esto proporciona a las empresas una oportunidad igual para comercializar compuestos nuevos y más rentables. '"
En Montreal, los participantes estuvieron de acuerdo para congelar la producción de CFC en los niveles de 1986 y para reducir la producción en un 50% en 1999. Después de una serie de expediciones científicas a la Antártida producido pruebas convincentes de que el agujero de ozono fue de hecho causado por el cloro y el bromo de los compuestos organohalogenados artificiales , el Protocolo de Montreal se fortaleció en una reunión de 1990 en Londres. Los participantes acordaron eliminar los CFC y los halones enteramente (aparte de una cantidad muy pequeña marcada por cierta "esencial" usos, tales como inhaladores para el asma) por el año 2000. En una reunión de 1992 en Copenhague, la fecha de eliminación total se trasladó hasta 1996.
Hasta cierto punto, los CFC han sido sustituidos por los hidro-cloro-fluoro-carbonos menos perjudiciales ( HCFC), aunque persisten con respecto a los HCFC también. En algunas aplicaciones, hidro-fluoro-carbonos ( HFC) se han utilizado para sustituir los CFC. HFC, que no contienen cloro o bromo, no contribuyen en absoluto a la reducción 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 sustituido en gran medida CFC-12 ( R-12) en acondicionadores de aire de automóviles. En la analítica de laboratorio (un antiguo uso "esencial") la SAO se puede reemplazar con otros disolventes.
Diplomacia de ozono, por Richard Benedicto (Harvard University Press, 1991) da una descripción detallada del proceso de negociación que condujo al Protocolo de Montreal. Pielke y Betsill proporcionan una amplia revisión de las respuestas del gobierno de Estados Unidos a principios de la ciencia emergente de la destrucción del ozono por los CFC.
Actualidad y perspectivas de futuro de agotamiento del ozono
Desde la adopción y el fortalecimiento del Protocolo de Montreal ha conducido a la reducción de las emisiones de CFC, las concentraciones atmosféricas de los compuestos más importantes han ido disminuyendo. Estas sustancias se están eliminando gradualmente de la atmósfera. En 2015, el agujero de ozono antártico habría reducido en sólo 1 millón de km² de 25 (Newman et al., 2004); la recuperación completa de la capa de ozono de la Antártida no se producirá hasta el año 2050 o posterior. El trabajo se ha sugerido que una recuperación detectable (y estadísticamente significativo) no se producirá hasta alrededor de 2024, con la recuperación de los niveles de ozono a los niveles de 1980 en alrededor de 2.068.
Hay una ligera advertencia a esto, sin embargo. El calentamiento global se espera de CO 2 para enfriar la estratosfera. Esto, a su vez, daría lugar a un aumento relativo de agotamiento del ozono y la frecuencia de agujeros de ozono. El efecto puede no ser lineal; agujeros de ozono se forman debido a las nubes estratosféricas polares; la formación de nubes estratosféricas polares tiene un umbral de temperatura por encima del cual no podrán formar; enfriamiento de la estratosfera del Ártico podría conducir a condiciones Antártico al agujero del ozono similar. Pero por el momento esto no está claro.
A pesar de que la estratosfera en su conjunto se está enfriando, zonas de latitudes altas pueden llegar a ser cada vez más predispuestos a primaverales eventos de calentamiento estratosférico como cambian los patrones climáticos en respuesta al aumento de gases de efecto invernadero de carga. Esto haría que las ventanillas únicas a desaparecer a principios de temporada, y puede explicar por qué las estaciones agujero de ozono de la Antártida han tendido a terminar un poco antes desde el año 2000 en comparación con los agujeros de ozono más prolongados de la década de 1990.
La disminución de los productos químicos que agotan el ozono también se ha visto afectada significativamente por una disminución de bromo químicos -Que contengan. Los datos sugieren que existen considerables fuentes naturales atmosférica bromuro de metilo (CH 3 Br).
El agujero de ozono 2004 terminó en noviembre de 2004, las temperaturas estratosféricas mínimas diarias en la baja estratosfera antártica aumentó a niveles que son demasiado caliente para la formación de nubes estratosféricas polares (PSC) de 2 a 3 semanas antes que en los últimos años.
El invierno ártico de 2005 fue extremadamente frío en la estratosfera; PSC eran abundantes en muchas zonas de alta latitud hasta disipada por un evento de calentamiento grande, que comenzó en la estratosfera superior durante febrero y se extendió por toda la estratosfera ártica en marzo. El tamaño de la zona ártica de anómalamente baja ozono total en el período 2004-2005 fue mayor que en cualquier otro año desde 1997. El predominio de los valores de ozono total anormalmente bajos en la región del Ártico en el invierno de 2004 a 2005 se atribuye a la muy baja de la estratosfera temperaturas y condiciones meteorológicas favorables para la destrucción de ozono, junto con la continuación de la presencia de sustancias químicas que destruyen el ozono en la estratosfera.
A 2005 Resumen del IPCC de las cuestiones del ozono observado que las observaciones y los cálculos del modelo indican que la cantidad promedio global de agotamiento del ozono se ha estabilizado aproximadamente. Aunque una considerable variabilidad en la capa de ozono que se espera de un año a otro, incluso en las regiones polares, donde el agotamiento es más grande, se espera que la capa de ozono comience a recuperarse en las próximas décadas debido a la disminución de las concentraciones de sustancias que agotan el ozono, asumiendo el pleno cumplimiento del Protocolo de Montreal.
Las temperaturas durante el invierno ártico de 2006 quedaron bastante cerca de la media a largo plazo hasta finales de enero, con las lecturas mínimas frecuencia suficiente frío para producir PSC. Durante la última semana de enero, sin embargo, un evento de calentamiento importante envió temperaturas muy por encima de lo normal - demasiado caliente para apoyar PSC. Por el momento las temperaturas descendieron de nuevo a cerca de lo normal en marzo, la norma de temporada fue muy por encima del umbral de PSC. Mapas de ozono instrumentos generados por satélite preliminares muestran la acumulación de ozono estacional ligeramente por debajo de los medios de largo plazo para el Hemisferio Norte en su conjunto, aunque se han producido algunos acontecimientos de ozono.Durante marzo de 2006, el Ártico estratosfera hacia los polos de 60 grados de latitud norte estaba libre de zonas de ozono anormalmente bajas, excepto durante el período de tres días de17 a 19 marzo cuando la cubierta de ozono total cayó por debajo de 300 DU sobre parte de la región del Atlántico Norte de Groenlandia a Escandinavia.
El área donde la columna de ozono total es de menos de 220 DU (la definición aceptada de la frontera del agujero de ozono) era relativamente pequeño hasta alrededor 20 de agosto 2006 . Desde entonces, el área del agujero de ozono aumentó rápidamente, alcanzando un máximo de 29 millones de km² septiembre 24. En octubre de 2006, la NASA informó de que el agujero de ozono de la año estableció un nuevo récord área con un promedio diario de 26 millones de km² entre 07 de septiembre y 13 de octubre de 2006 ; espesores de ozono total cayeron tan bajo como 85 DU en octubre 8. Los dos factores combinados, 2006 ve el peor nivel de agotamiento del ozono en la historia registrada. El agotamiento se atribuye a las temperaturas por encima de la Antártida que alcanzan el registro más bajo desde que los registros integrales comenzaron en 1979.
Se espera que el agujero de ozono en la Antártida para continuar por décadas. Las concentraciones de ozono en la baja estratosfera sobre la Antártida se incrementará en un 5% y un 10% en 2020 y volver a los niveles anteriores a 1980 en alrededor de 2060 a 2075, 10 a 25 años más tarde de lo previsto en las evaluaciones anteriores. Esto se debe a las estimaciones revisadas de las concentraciones atmosféricas de sustancias destructoras del ozono - y un mayor uso futuro predicho en los países en desarrollo. Otro factor que puede agravar el agotamiento del ozono es el sorteo abajo de óxidos de nitrógeno por encima de la estratosfera debido a los cambios en los patrones de viento.
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. Estos se discuten en el artículo de ciclo de ozono en oxígeno - brevemente, la radiación UV de onda corta divide un oxígeno (O 2 ) molécula en dos oxígeno (O) átomos, que luego se combinan con otras moléculas de oxígeno para formar ozono. El ozono se quita cuando un átomo de oxígeno y una molécula de ozono "recombinarse" para formar dos moléculas de oxígeno, es decir, O + O 3 → 2O 2 . En la década de 1950, David Bates y Marcel Nicolet presentaron pruebas de que varios radicales libres, en particular hidroxilo (OH) y óxido nítrico (NO), podrían catalizar esta reacción de recombinación, lo que reduce la cantidad total de ozono. Estos radicales libres eran conocidos por estar presente en la estratosfera, y así eran considerados como parte del equilibrio natural - se estimó que, en su ausencia, la capa de ozono sería de alrededor de dos veces más grueso, ya que actualmente es.
En 1970 el Prof. Paul Crutzen señaló que las emisiones de nitrógeno óxido (N 2 O), un gas estable, larga vida producida por las bacterias del suelo, de la superficie de la tierra podrían afectar la cantidad de nítrico óxido (NO) en la estratosfera. Crutzen mostró que el óxido nitroso vive lo suficiente para llegar a la estratosfera, donde se convierte en NO. Crutzen señaló a continuación que el uso creciente de fertilizantes podría haber dado lugar a un aumento de las emisiones de óxido nitroso sobre el fondo natural, que a su vez dar lugar a un aumento en la cantidad de NO en la estratosfera. Por lo tanto la actividad humana podría tener un impacto en la capa de ozono estratosférico. En el año siguiente, Crutzen y (de forma independiente) Harold Johnston sugirió que las emisiones de NO desde supersónicos aviones , que vuelan en la estratosfera inferior, también podría agotar la capa de ozono.
La hipótesis de Rowland-Molina
En 1974 Frank Sherwood Rowland, profesor de Química en la Universidad de California en Irvine, y su asociado postdoctoral Mario Molina sugieren que los compuestos orgánicos halogenados de larga vida, como los CFC, pueden comportarse de una manera similar como Crutzen había propuesto para el óxido nitroso. James Lovelock (más popularmente conocido como el creador de la hipótesis de Gaia) había descubierto recientemente, durante un crucero en 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, como N 2 O, la CFC podría llegar a la estratosfera donde serían disociados por la luz UV, liberando átomos de Cl. (Un año antes, Richard Stolarski y Ralph Cicerone en la Universidad de Michigan han demostrado que Cl es aún más eficiente que NO en catalizar la destrucción de la capa de ozono. Conclusiones similares se alcanzaron por Michael McElroy y Steven Wofsy en la Universidad de Harvard. Ninguno de los grupos, sin embargo , se había dado cuenta de que los CFC eran una potencialmente grande fuente de cloro estratosférico - en su lugar, habían estado investigando los posibles efectos de las emisiones de HCl del transbordador espacial, que son mucho más pequeñas).
Susan Solomon, un químico atmosférico de la Administración Oceánica y Atmosférica Nacional (NOAA), propuso que las reacciones químicas en las nubes estratosféricas polares (PSC) en la estratosfera antártica fría provocó una masiva, aunque localizada y temporal, aumento en la cantidad de cloro presente en , formas que destruyen el ozono activos. Las nubes estratosféricas polares en la Antártida solamente se forman cuando hay temperaturas muy bajas, un precio tan bajo como -80 grados C , y las condiciones de la primavera. En tales condiciones los cristales de hielo de la nube proporcionan una superficie adecuada para la conversión de compuestos de cloro no reactivos en los compuestos de cloro reactivos que pueden agotar la capa de ozono fácilmente.
Además el vórtice polar formada sobre la Antártida es muy estrecho y la reacción que se produce en la superficie de los cristales de la nube es muy diferente de cuando se produce en la atmósfera. Estas condiciones han dado lugar a la formación del agujero de ozono en la Antártida. Esta hipótesis fue confirmada de manera decisiva, en primer lugar por las mediciones de laboratorio y posteriormente por mediciones directas, del suelo y de los aviones de gran altitud, de muy altas concentraciones de monóxido de cloro (ClO) en la estratosfera antártica.
Las hipótesis alternativas, que se habían atribuido el agujero de ozono a las variaciones en la radiación solar UV oa cambios en los patrones de circulación atmosférica, también fueron probados y demostraron ser insostenible.
Mientras tanto, el análisis de las mediciones de ozono de la red mundial de espectrofotómetros Dobson en tierra condujo un panel internacional para concluir que la capa de ozono, de hecho, está agotado, en todas las latitudes fuera de los trópicos. Estas tendencias fueron confirmados por las mediciones por satélite. Como consecuencia, las principales naciones productoras halocarbonado acordaron eliminar 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 ha patrocinado una serie de informes sobre la evaluación científica del agotamiento del ozono. La más reciente es de 2007, donde las mediciones por satélite han demostrado el agujero en la capa de ozono se está recuperando y ahora es el más pequeño que ha sido durante cerca de una década .
La controversia respecto a la ciencia y la política de ozono
Ese agotamiento del ozono tiene lugar no se ve seriamente discutido en la comunidad científica. Existe un consenso entre los físicos y químicos atmosféricos que la comprensión científica ha llegado a un nivel en el que las contramedidas para controlar las emisiones de CFC están justificadas, aunque la decisión final es uno de los responsables políticos.
A pesar de este consenso, la ciencia detrás de la destrucción del ozono sigue siendo complejo, y algunos que se oponen a la aplicación de contramedidas señalan algunas de las incertidumbres. Por ejemplo, aunque el aumento de UVB se ha demostrado para constituir un riesgo de melanoma, ha sido difícil para los estudios estadísticos para establecer un vínculo directo entre el agotamiento del ozono y el aumento de las tasas de melanoma. Aunque los melanomas aumentó significativamente durante el período 1970-1990, es difícil de separar de forma fiable el efecto de la disminución del ozono del efecto de los cambios en el estilo de vida (por ejemplo, el aumento de tarifas de transporte aéreo).
El agotamiento del ozono y el calentamiento global
Aunque a menudo están vinculados entre sí en el medios de comunicación , la conexión entre el calentamiento global y el agotamiento de la capa de ozono no es fuerte. Hay cuatro áreas de vinculación:
- Lo mismo CO2forzamiento radiativo que produce cerca de la superficie se espera que el calentamiento global para enfriar el estratosfera.Este enfriamiento, a su vez, se espera que produzca un parienteaumentoen polarde ozono(O3) el agotamiento 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: Reducción de ozono provoca la estratosfera para absorber menos radiación solar, enfriando así la estratosfera, mientras que el calentamiento de la troposfera; radiación de onda larga menos la estratosfera más fría resultante emite hacia abajo, enfriando así la troposfera. En general, domina el enfriamiento; el IPCC concluye que " observaron estratosféricos O 3 las pérdidas en las últimas dos décadas han causado forzando una negativa del sistema superficie-troposfera "de alrededor de -0,15 ± 0,10 vatios por metro cuadrado (W / m²).
- Una de las predicciones más fuertes del efecto invernadero es que la estratosfera se enfriará. Aunque se ha observado este enfriamiento, no es trivial para separar los efectos de los cambios en la concentración de gases de efecto invernadero y el agotamiento del ozono desde tanto dará lugar a la refrigeración. Sin embargo, esto se puede hacer mediante modelización numérica estratosférico. Los resultados del Administración Nacional Oceánica y Atmosférica Laboratorio Geofísico de Dinámica de Fluidos muestran que más de 20 kilómetros (12,4 millas), los gases de efecto invernadero dominan el enfriamiento.
- Productos químicos que agotan el ozono son también gases de efecto invernadero. Los aumentos en las concentraciones de estas sustancias químicas han producido 0,34 ± 0,03 W / m² de forzamiento radiativo, que corresponde a aproximadamente el 14% del forzamiento radiativo total de los aumentos en las concentraciones de gases de efecto invernadero bien mezclados.
- El modelado de largo plazo del proceso, su medición, estudio, diseño de las teorías y las pruebas tardan décadas en ambos documentos, ganar amplia aceptación, y en última instancia, convertirse en el paradigma dominante. Varias teorías acerca de la destrucción de la capa de ozono, se hyphtosized en la década de 1980, publicado a finales de 1990, y están siendo probadas actualmente. Dr dibujó Schindell, y el Dr. Paul Newman, la NASA Goddard, propusieron una teoría a finales de 1990, utilizando una supercomputadora SGI Origin 2000, que la destrucción del ozono modelado, representaron el 78% del ozono destruido. El perfeccionamiento de ese modelo, representó el 89% del ozono destruido, pero retrasó la recuperación estimado del agujero de ozono de 75 años a 150 años. (Una parte importante de este modelo es la falta de vuelo staratospheric debido al agotamiento de los combustibles fósiles.)
Las ideas falsas sobre el agotamiento del ozono
Algunos de los malentendidos más comunes sobre el agotamiento del ozono se abordan brevemente; más discusiones detalladas se pueden encontrar en el agotamiento del ozono FAQ.
Los CFC son "demasiado pesada" para llegar a la estratosfera
A veces se afirma que, dado que las moléculas de CFC son mucho más pesados que el nitrógeno u oxígeno, que no pueden llegar a la estratosfera en cantidades significativas. Pero los gases atmosféricos no se ordenan en peso; las fuerzas del viento (turbulencia) son suficientes para los gases completamente entremezclados en la atmósfera fuerte. Los CFC son más pesados que el aire, pero al igual que el argón , kriptón y otros gases pesados con una larga vida útil, que se distribuyen de manera uniforme en todo el turbosphere y llegar a la atmósfera superior.
Un agujero de ozono se observó por primera vez en 1956
GMB Dobson (Exploración de la Atmósfera, segunda edición, Oxford, 1968) menciona que cuando los niveles de ozono de primavera más se midieron Halley Bay primera, se sorprendió al descubrir que eran ~ 320 DU, a unos 150 DU debajo de los niveles de la primavera, ~ 450 DU, en el Ártico. Estos, sin embargo, eran los valores climatológicos normales agujero pre-ozono. Qué Dobson describe es esencialmente la línea de base desde la cual se mide el agujero de ozono: los valores del agujero de ozono real están en el rango de 150 a 100 DU.
La discrepancia entre el Ártico y el Antártico señaló Dobson fue principalmente una cuestión de tiempo: en los niveles de ozono de primavera del Ártico aumentaron sin problemas, con un pico en abril, mientras que en la Antártida se quedaron aproximadamente constante durante el comienzo de la primavera, levantándose bruscamente en noviembre cuando el vórtice polar rompió.
El comportamiento observado en el agujero de ozono antártico es completamente diferente. En vez de permanecer constantes los niveles de ozono de la primavera, principios de repente caen de sus valores ya bajos de invierno, por tanto como 50%, y los valores normales no se alcanzan de nuevo hasta diciembre.
El "agujero de ozono" es un agujero en la capa de ozono
Cuando las formas "agujero de ozono", esencialmente todo el ozono en la estratosfera inferior se destruye. La estratosfera superior es mucho menos afectada, sin embargo, de manera que la cantidad total de ozono sobre el continente disminuye en un 50 por ciento o más. El agujero de ozono no ir todo el camino a través de la capa; Por otra parte, no es un "adelgazamiento 'uniforme de la capa tampoco. Es un "agujero" en el sentido de "un agujero en la tierra", una depresión, no en el sentido de "un agujero en el parabrisas."
Día Mundial del Ozono
En 1994, laAsamblea General de las Naciones Unidasvotó para designar a16 de septiembre como "Día Mundial del Ozono", para conmemorar la firma delProtocolo de Montreal en esa fecha en 1987.
