Agujero de ozono

Universidad de Belgrano
Aspectos de la problemática
 Radiaciones electromagnéticas. Radiación UV y su







absorción
Ozono (molécula)
Atmósfera y su estratificación
Evidencias observadas del agujero de ozono.
Procesos químicos y físicos que involucran radiación UV,
productos clorofluorocarbonados, oxígeno y ozono
Impacto de esos procesos sobre la vida
Protocolo de Montreal
Resumen
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Espectro de radiaciones
La longitud de onda es la
distancia entre dos crestas
contiguas de la onda. La
frecuencia es la cantidad de
longitudes de onda que
atraviesan un punto por unidad
de tiempo
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Radiación ultravioleta
 Energía electromagnética emitida a longitudes de onda
menores que la visible para el ojo humano y mayores
que las de rayos X; es decir de 100 a 400 nm
 A su vez la radiación UV se clasifica según su impacto
en la salud como:
 UV A con longitudes de onda de 320 a 400 nm
 UV B con longitudes de onda de 280 a 320 nm
 UV C con longitudes de onda de 100 a 280 nm
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Radiación ultravioleta
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Impactos de la radiación UV
 Tanto los rayos UV B como UV A llegan a la superficie
terrestre y la exposición prolongada a ellos por parte de
los organismos vivos es perjudicial para su salud:
 Los rayos UV B representan un mayor riesgo que los UV
A en cuanto a la formación de cáncer de piel
(particularmente melanoma)
 Los rayos UV A incrementan los efectos dañinos de los
UV B, particularmente en el cáncer de piel y las cataratas
(cambio estructural del cristalino que produce una
visión borrosa). También incrementan el envejecimiento
(con pérdida de elasticidad) de la piel.
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Absorción de la radiación UV
 Los rayos UV C de 100 a 200 nm de longitud de onda
son absorbidos por el oxígeno y el nitrógeno
atmosféricos. Estas radiaciones de alta frecuencia
producen rupturas moleculares e ionizaciones
 Los rayos UV C de 200 a 280 nm de longitud de onda
son absorbidos por el oxígeno y ozono estratosférico
 Casi toda la radiación UV B es también absorbida por el
ozono estratosférico. Solo un 2-5 % de la radiación UV B
que incide sobre la atmósfera alcanza la superficie
terrestre.
 En consecuencia, casi toda la radiación UV que llega a la
superficie (95 a 98 %) es UV A.
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Capacidad de absorción del ozono
 Desde comienzos de los años 80 se ha detectado,
principalmente sobre la Antártida, una importante
disminución en la concentración del ozono, que dio en
llamarse “Agujero de ozono”
 Las principales causas atribuidas a este fenómeno
fueron la liberación a la atmósfera de compuestos
clorofluoro-carbonados (CFC) y bromofluorocarbonados (halones) utilizados en la industria del
frío y de los propelentes para aerosoles.
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Atmósfera
Atmos en griego significa vapor, aire.
Cada cuerpo celeste posee su propia atmósfera. La atmósfera seca (sin vapor
de agua) de la Tierra tiene la siguiente composición:
nitrógeno
N2
78.08% en volumen
oxígeno
O2
20.95% en volumen
argón
Ar
0.93% en volumen
anhídrido carbónico
CO2
~0.03% en volumen
El aproximadamente 0,01 % restante está compuesto por ozono
(0,000006%) y gran variedad de gases presentes en cantidades muy
reducidas, llamados gases traza.
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Divisiones de la atmósfera
El comportamiento de los gases en función de la altura permite dividir a la
atmósfera en cinco capas:
(la exósfera se halla por encima de los 400 km)
O3
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El ozono se encuentra
principalmente en la
estratósfera, desde los
15 a 50 km sobre la
superficie del planeta
aproximadamente.
El ozono actúa como
un potente filtro solar,
evitando el paso de una
parte apreciable de la
radiación ultravioleta.
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Tropósfera
 Su límite superior es la tropopausa, cuya altura varía
entre los 8 km (regiones polares) y los 18 km (regiones
ecuatoriales)
 Contiene casi el 90% de la masa atmosférica
 La temperatura decrece en función de la altura
(aproximadamente -6°C cada 1 km de ascenso)
 Se producen gran parte de los fenómenos climáticos
 La mezcla de gases es homogénea
 Prácticamente no existen procesos fotoquímicos,
salvos en zonas contaminadas
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Estratósfera
 La temperatura crece en función de la altura.
 Se extiende hasta aproximadamente 50 km por encima
de la superficie terrestre
 Contiene algo menos del 10% de la masa
atmosférica
 Químicamente activa debido a la intensa
radiación solar, particularmente la UV, y la mayor
concentración de ozono que la absorbe
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Mesósfera
 Nuevamente la temperatura decrece con la altura,
hasta la mesopausa ubicada entre los 85-90 km sobre
la superficie
 Actividad química aún más importante debido a
la mayor radiación solar
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Termósfera (Ionósfera)
 Llega hasta los 400 km sobre la superficie
 Los gases principales (N2, O2, Ar y CO2) ya no se
mezclan homogéneamente, sino que forman
estratos
 Los gases se encuentran en estado ionizado, es decir en
su estado atómico, por efecto de la intensa radiación
que incluye rayos X y partículas como protones y
electrones
 La temperatura crece con altura y puede llegar a ser
superior a los 1500°C a 300 km de altura
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Exósfera
 Por encima de los 400 km
 Formada principalmente por helio e hidrógeno
 No tiene límite superior pues sus partículas pueden
alcanzar suficiente energía como para escapar del
campo gravitatorio
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Capa de ozono
 Se suele encontrar entre los
20 y 30 km sobre las
superficie terrestre, en la
estratósfera; aunque varía
según las épocas del año
 La concentración media de
ozono en la estratósfera es
de 0,03%
 El ozono atmosférico se
genera principalmente en la
zona ecuatorial, a unos 20
km sobre la superficie,
según la reacción de la
figura.
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↓radiación UV C
O2 → 2O
2 O2 + 2O → 2 O3
___________________
3 O2 → 2 O3
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Equilibrio oxígeno-ozono
Formación del ozono
O2 + h → O + O
( < 240 nm; UV C)
O + O 2 → O3
Reciclamiento del oxígeno (O2)
O3 + h → O2 + O
( < 320 nm - UV B/UV C)
O3 + O → 2O2
O3 + NO → NO2 + O2
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Distribución atmosférica del ozono
 La producción de ozono
ocurre principalmente en
las zonas ecuatoriales, a
nivel de la estratósfera.
 En la figura se observa un
fenómeno de circulación
del aire estratosférico,
que ocurre
ascendentemente en las
zonas ecuatoriales y
descendentemente a las
latitudes medias y
grandes, llegando incluso
hasta los polos.
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Observaciones
experimentales
del agujero de
ozono
Observaciones de ozono
total en distintas regiones
del planeta.
Los datos de la Antártida
provienen de la Halley
Research Station (UK).
Los datos del Ártico
provienen de satélites.
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Agujero
de ozono
en la
Antártida
Las Unidades Dobson
son utilizadas para
medir el estado de la
capa de ozono. Una
Unidad Dobson
equivale a
2,6 · 1016 moléculas/
cm2 (superficie
terrestre) en toda la
columna
atmosférica
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Agujero de Ozono en la Antártida
Registro histórico
De acuerdo a los registros de
la NASA, la mayor superficie
del agujero de ozono en la
Antártida se observó entre el
21 y el 30 de Septiembre de
2006, alcanzando los 27,1
millones de km2.
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Compuestos
clorofluorocarbonados (CFC)
Los CFC provienen de:
Refrigeradores y
congeladores
Acondicionadores de aire
Propulsores de aerosoles
Plásticos expansibles con
múltiples usos en la
construcción, la industria
automotriz y de envases, la
limpieza, etc.
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Reducción antropogénica del ozono
Elementos químicos activos que reducen el ozono:
Cloro
Presencia significativa en la
atmósfera. Puede formar HCl,
pero puede volverse a liberar el
Cl cuando el ácido reacciona con
un OH.
Bromo
Si bien es altamente dañino para
el ozono, la presencia de
productos bromados en la
atmósfera es 200 veces menor
que la de productos clorados.
Flúor
Rápidamente se forma ácido
fluorhídrico, altamente estable,
sin impactar luego en el ozono.
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Reacciones del cloro y el bromo
con moléculas de oxígeno
En todas estas reacciones el Cl actúa
como catalizador; es decir como un
intermediario necesario para las
reacciones químicas el cual no se
consume. Se estima que su
reciclamiento llevará alrededor
de 40-50 años.
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Alcance del fenómeno
 La destrucción del ozono es un fenómeno global pues la carga de
cloro en el polo sur y alrededores es la misma que en aquellas
zonas industrializadas del planeta, de las cuales provino la mayor
emisión de CFC (circulación de masas de aire).
 Esto se debe a que en la tropósfera, donde fueron liberados los CFC,
los gases de distribuyen rápidamente en todo el planeta y a que
estas sustancias son químicamente estables.
 Los CFC son insolubles en agua, por lo tanto no pueden ser
limpiados de la atmósfera como ocurre con la lluvia ácida.
 Las reacciones químicas que destruyen el ozono son favorecidas
en los polos por la presencia de nubes estratosféricas
compuestas de cristales de hielo ricos en NOx; forma química que
reacciona con el ClO formando ClONO2, el cual es una fuente del
radical Cl (ver diapositiva 23). De esta manera se intenta explicar la
presencia de los agujeros de ozono en los polos.
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Efectos de la radiación UV sobre la vida
 Efectos fisiológicos
 La vitamina D3 (colecalciferol) puede ser sintetizada por la piel del
organismo humano bajo exposición a la radiación UV B del sol
 Las plantas sintetizan vitamina D2 (ergocalciferol) a partir del
ergosterol, bajo exposición a la radiación UV del sol
 Efectos patológicos
 Cáncer de piel
 Cataratas
 Alteración del sistema inmunológico
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Efectos de la radiación UV sobre la vida
 Cromóforos
 Las sustancias orgánicas presentes en la piel tienen la
propiedad de absorber radiación UV y visible. Por eso se las
llama cromóforos.
 El ADN es considerada la molécula orgánica más
sensible a la radiación UV B y UV C; generando riesgo de
mutagénesis, carcinogénesis, etc.
 La máxima absorción del ADN ocurre a una longitud de
onda de 260 nm; es decir radiación UV C
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Alcance de la radiación UV en la piel
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Efectos de la radiación UV sobre el ADN
Formación de subproductos de ADN por efecto de la radiación UV
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Impacto sobre Plantas y Fitoplancton
 La radiación UVB puede ocasionar efectos adversos sobre los vegetales,
tales como:
 alterar su forma y dañar o reducir el crecimiento;
 modificar los tiempos de floración;
 afectar sus sistemas inmunológicos;
 incrementar la producción de sustancias tóxicas;
 ocasionar pérdidas de especies.
 La radiación UV es responsable de una alarmante reducción de
fitoplancton en la Antártida, con los consecuentes impactos
negativos en toda la cadena trófica que se sustenta sobre dichos
organismos fotosintéticos
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Protocolo de Montreal
 Firmado en 1987, es un acuerdo internacional para reducir y




acabar con la producción de clorofluorocarbonos (CFC)
Entra en vigor en 1989, ratificado por 29 países y la CE
Elaborado con el respaldo de las Naciones Unidas y ajustado
mediante enmiendas (1990 de Londres; 1992 de Copenhague;
1995 de Viena; 1997 de Montreal) en la actualidad cuenta con
más de 185 países adheridos, entre ellos Argentina.
Ofrece definiciones, recomendaciones, medidas de control,
propuestas para considerar las situaciones especiales en países
en desarrollo, pautas para la investigación e intercambio de
información entre países participantes y pautas para la
transferencia de tecnología y anexos con listas de sustancias
controladas.
Meta para 2010: eliminar por completo el consumo de
clorofluorocarbonados
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Resumen
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Agujeros de Ozono
 Es un adelgazamiento de la capa de ozono ubicada en
la estratosfera, una de las subcapas de la atmósfera
 Se ubica en los polos Ártico y Antártico
 Tienen una evolución cíclica, de frecuencia anual
 La mayor reducción del Agujero de Ozono de la
Antártida ocurre entre los meses de agosto y noviembre
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Capa de ozono
 El ozono conforma un escudo, ubicado en todo el
espesor (35 km) de la estratosfera
 La radiación ultravioleta de menor longitud, conocida
como UVC, es letal para toda forma de vida pero es
bloqueada casi por completo por el ozono
 La radiación UVA en cambio es relativamente inofensiva
y atraviesa el ozono casi por completo
 La UVB, menos letal que la UVC, pero aún peligrosa es
absorbida en su mayor parte por el ozono.
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Radiaciones UV
La UV C es
totalmente
absorbida en
la atmósfera
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Reacciones químicas
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Evolución del Agujero de Ozono
NASA/GSFC
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Evolución del Agujero de Ozono
Polo Sur
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