¿Qué es el ozono?
El ozono (O3) es uno de los gases que constituyen la atmósfera. Su molécula se compone de tres átomos de oxígeno (O), que se unen luego de la disociación de moléculas de oxígeno gaseoso (O2).
Se concentra mayormente en la estratosfera (en un 90% aproximadamente), sobre todo entre los 19 y los 35 kilómetros de altura, donde se ubica la «capa de ozono». Por otra parte, también podemos encontrar ozono en la troposfera, aunque en dicha capa representa un problema para la salud y el medio ambiente.
El ozono es un gas de efecto invernadero con tiempo de vida corto, pero, a diferencia de otros, no tiene una distribución uniforme en la atmósfera, ya que su presencia depende de algunos procesos puntuales, fotoquímicos (que lo crean y lo destruyen) y dinámicos (que lo transportan).
Otro aspecto que lo caracteriza, es que no se emite desde ninguna fuente, sino que se origina dentro de la atmósfera.
Propiedades del ozono
A presión y temperatura ambiente, el ozono es un gas inestable y, por lo general, incoloro, aunque puede adquirir un tono azulado si se presenta en grandes concentraciones. Además, tiene un olor muy característico, que puede sentirse durante algunas tormentas.
Se caracteriza también por ser un gas oxidante fuerte, sencillo de producir pero también de destruir. Esto último se debe a que es altamente reactivo a muchos compuestos presentes en la atmósfera, y explosivo en pequeñas cantidades. Aún así, es más estable en el aire que en soluciones acuosas, donde tiene un tiempo de vida media de 20 minutos, en comparación con las 12 horas que suele durar en el aire.
¿Cómo se mide el ozono atmosférico?
Las mediciones de ozono se pueden realizar con dos objetivos diferentes: Conocer la cantidad total del gas contenido en la atmósfera, o dar cuenta de su perfil vertical, es decir, advertir los niveles de ozono en función de la altura.
El ozono total se expresa en Unidades Dobson (UD), que indican el espesor (x10-5m) que tendría la columna de ozono si se comprimiera en una capa con densidad uniforme, en condiciones normales de presión y temperatura (1 atm y 0°C). Una UD es equivalente a una columna de ozono que contiene 2,69 x 1020 moléculas por metro cuadrado. Por lo general, el ozono total varía entre las 200 y 500 UD, con un promedio mundial de 300 UD.
Por otra parte, el perfil vertical de ozono se obtiene a través de la presión parcial que ejerce el gas en cada nivel. Por lo general, se expresa en milipascales.
Ozono en la estratosfera
El ozono se distribuye, aproximadamente, desde la superficie hasta los 70 km de altura, pero casi el 90% de este compuesto se concentra en la estratósfera, donde constituye la denominada «capa de ozono». También se conoce como «ozonosfera» a la región específica donde se encuentra la mayor parte del gas, que se ubica alrededor de los 25 km de altura.
El ozono estratosférico se origina gracias a la disociación de las moléculas de oxígeno, que tiene lugar por efecto de la radiación ultravioleta proveniente del Sol. Cuando la radiación incide sobre las moléculas de O2, rompe sus enlaces y libera átomos de oxígeno, que se unen a otras moléculas de O2 y forman ozono (O3). Este proceso se denomina «fotólisis».
No obstante, la radiación solar ultravioleta también puede destruir las moléculas de ozono, generando una disociación de átomos y liberando, nuevamente, oxígeno monovalente.
De esta manera, los procesos naturales (y contínuos) de formación y destrucción del ozono estratosférico, se contrarrestan para establecer un equilibrio. Esto permite que la concentración del compuesto permanezca relativamente constante y, a su vez, que se consuma buena parte de la radiación ultravioleta proveniente del sol. Sin embargo, vale aclarar que la cantidad de ozono en la estratósfera varía normalmente con la latitud y la época del año.
La mayor parte del ozono se origina sobre la franja ecuatorial, donde la radiación solar es mayor en comparación a otros lugares del mundo. Luego, por la acción de los vientos, las moléculas de O3 son transportadas hacia latitudes mayores. Por tal motivo, encontramos más ozono estratosférico sobre el Ártico canadiense y Siberia que sobre el ecuador.
En cuanto a las variaciones estacionales, las más importantes se producen entre el invierno y la primavera del hemisferio sur (de julio a octubre), cuando tiene lugar un debilitamiento considerable de la capa de ozono sobre la Antártida, mejor conocido como «agujero de ozono». Este fenómeno también puede presentarse en la región Ártica (de manera menos significativa) durante el invierno del hemisferio norte.
El ozono estratosférico es un compuesto de gran importancia para la vida y la salud, a tal punto que suele mencionarse como “ozono bueno”. No solo filtra la radiación ultravioleta proveniente del Sol, sino que, además, desempeña un papel fundamental en la regulación de la temperatura atmosférica.
En otras palabras, si no existiese la capa de ozono, la radiación ultravioleta sería extremadamente perjudicial para la vida en la Tierra, tanto para seres humanos, animales y plantas. De igual forma, no contaríamos con su aporte para mantener la temperatura media del planeta en niveles óptimos para el desarrollo de la vida.
Destrucción de la capa de ozono
En una atmósfera libre de contaminación, debería existir un equilibrio entre la producción y la destrucción del ozono estratosférico. Como esto no sucede, en las últimas décadas se ha registrado un desbalance que favorece la destrucción de este compuesto, y que da lugar al problema conocido como el agujero de la capa de ozono.
La destrucción de la capa de ozono se debe principalmente a la emisión de compuestos clorofluorocarbonados (CFCs), a través del uso de aerosoles, agentes espumantes, limpiadores industriales y refrigeración. Estas sustancias no se producen naturalmente, sino que se deben enteramente a la acción humana. También se conocen como “sustancias agotadoras del ozono” (SAO).
Los CFCs tienen un tiempo de vida largo en la atmósfera (hasta 200 años), y suelen alcanzar niveles estratosféricos. Cuando esto ocurre, reaccionan con el ozono presente y lo destruyen gracias a un proceso fotoquímico.
Más específicamente, cuando la radiación solar incide sobre una molécula de CFC, se produce la liberación de un átomo de cloro con un electrón libre (radical cloro). Este último es muy reactivo al ozono, y provoca su disociación al instante.
Debido a las muy bajas temperaturas que se alcanzan en los niveles estratosféricos sobre la región antártica, durante las noches de invierno suelen originarse partículas de hielo que dan forma a las llamadas “nubes estratosféricas polares”. Estas catalizan reacciones químicas en las que se generan moléculas de cloro. Luego, cuando llega la primavera, estas se rompen por efecto de la radiación solar incidente, y los átomos libres reaccionan con el ozono, destruyéndolo.
En menor medida, este fenómeno también se da en el Ártico durante el invierno del hemisferio norte, donde las temperaturas no alcanzan valores tan bajos como en los niveles estratosféricos del Polo Sur.
En décadas anteriores, se hizo evidente que el deterioro de la capa de ozono se repetía cada año durante el comienzo de la primavera, y se recuperaba (en parte) en las estaciones de verano y otoño. Sin embargo, también notaron que cada año la recuperación era menor, por lo que se tuvieron que tomar medidas urgentes.
Por tal motivo, en 1987 se firma el Protocolo de Montreal, que establece un control estricto en la producción y el consumo de las sustancias agotadoras del ozono (SAO). Entre las medidas tomadas, se prohibió el uso y la fabricación de CFCs en la Unión Europea.
Los niveles de ozono se estabilizaron en la última década del siglo XX, y se empezaron a recuperar desde principios del siglo XXI. Se espera que esta tendencia continúe, y que podamos volver a los niveles anteriores a 1980 para el año 2075. La lentitud del proceso se debe al gran tiempo de permanencia que tienen estos contaminantes en la atmósfera.
Si no se hubiesen llevado a cabo estas acciones, se calcula que dos terceras partes de la capa de ozono hubieran desaparecido para 2065, y que el agujero sería permanente durante todo el año.
Ozono en la troposfera
El ozono troposférico, es decir, el que se encuentra entre la superficie y los 18 km de altura aproximadamente, se conoce también como “ozono malo”. Las mayores concentraciones se ubican, por lo general, en los primeros metros de altura, en lo que se conoce como “baja troposfera”. A su vez, el ozono presente en esta región de la atmósfera se denomina “ozono superficial”.
El ozono no se emite directamente a la troposfera, por eso decimos que es un contaminante secundario, debido a que se origina por reacciones fotoquímicas entre contaminantes primarios, como los óxidos de nitrógeno (NOX), los compuestos orgánicos volátiles (COVs), o, en menor medida, el monóxido de carbono (CO).
Los óxidos de nitrógeno se originan durante la combustión, y están principalmente asociados al tráfico rodado. Por otra parte, los compuestos orgánicos volátiles llegan a la atmósfera gracias a diferentes actividades humanas, como el transporte por carretera, el uso de pinturas, el trabajo en refinerías, la limpieza en seco de tejidos, y otras acciones que implican el uso de disolventes. También pueden ser emitidos por fuentes naturales, en algunos procesos biogénicos de la vegetación.
Todas estas sustancias, naturales y artificiales, reaccionan en la troposfera por efecto de la radiación solar, permitiendo la formación de ozono. La velocidad y el grado con el que se origina este compuesto, se incrementa con el aumento de la radiación solar, las emisiones de las sustancias precursoras y el ciclo biológico de emisiones biogénicas de COVs.
Entonces, como la luz solar es uno de los factores determinantes para su formación, las mayores concentraciones de ozono troposférico se observan en verano. De igual manera, los niveles más altos en las horas centrales del día, y disminuyen notablemente hacia la noche.
El ozono troposférico se concentra más en la periferia de las grandes urbes y en zonas rurales que en el centro de las ciudades, ya que la reacción fotoquímica necesita cierta distancia para generar O3 a partir de las sustancias precursoras. Además, el ozono se consume rápidamente con altos niveles de NO (mediante una reacción que produce NO2), algo que ocurre sobre las ciudades.
Es por esto que el ozono troposférico alcanza mayores concentraciones en áreas poco contaminadas (sin tanto tráfico), donde el O3 no encuentra moléculas de NO para reaccionar.
Impacto del ozono troposférico
El ozono troposférico es, sin dudas, el principal contaminante fotoquímico. No solo altera la calidad del aire y lo vuelve tóxico para la salud humana, sino que, además, contribuye directamente al calentamiento global.
Su presencia en la troposfera modifica el balance radiativo, ya que, como todo gas de efecto invernadero, absorbe parte de la radiación infrarroja emitida por el planeta, favoreciendo un aumento de la temperatura.
Además, permite la formación de smog fotoquímico, que es un tipo de contaminación típico de zonas urbanas, cuyo origen se debe a las reacciones fotoquímicas del ozono y sus contaminantes precursores (NOx y COVs).
El smog fotoquímico se percibe como un color oscuro en el cielo, en la zona más superficial, y genera un aspecto brumoso sobre las ciudades. Se presenta mayormente en situaciones de mucha estabilidad atmosférica, sin precipitaciones ni viento que pueda dispersar los contaminantes.
El ozono troposférico también causa daños en la vegetación, ya que deteriora las hojas de los árboles y plantas, además de disminuir la capacidad de almacenar y producir nutrientes en algunos cultivos, lo que afecta considerablemente su rendimiento. Por otro lado, aumenta la vulnerabilidad de las plantas respecto a las plagas, a otros contaminantes y a las condiciones del tiempo. Y, por si fuera poco, también reduce la actividad fotosintética.
Por último, no está de más recordar que el ozono provoca el deterioro de una cantidad importante de materiales, como el nylon, el caucho, el plástico y el metal.
Como único aspecto positivo, cabe mencionar que el ozono troposférico contribuye a remover del aire otros contaminantes de origen antropogénico, como el metano, el monóxido de carbono y los óxidos de nitrógeno.
En resumen, podemos concluir que los efectos positivos del ozono estratosférico contrastan significativamente con los aspectos perjudiciales del ozono en niveles troposféricos.
¿Qué efectos produce en la salud?
La presencia de ozono en la troposfera reduce la calidad del aire que respiramos. Si bien puede tratarse de un problema local, no deja de tener impacto a nivel global, ya que los contaminantes son transportados grandes distancias por el viento.
Él ozono es un potente oxidante, y, según su concentración, puede tener efectos muy negativos en la salud humana, perjudicando sobre todo al aparato respiratorio y al sistema cardiovascular. Algunas de las consecuencias por respirar este gas son:
- Irritación del sistema respiratorio. Se puede manifestar como tos, irritación en la garganta y las mucosas, o escozor en los ojos.
- Reducción de la función pulmonar. Puede dificultar la respiración profunda, especialmente si se realizan ejercicios.
- Empeoramiento del asma u otras enfermedades pulmonares crónicas. Puede reducir la capacidad del sistema inmunológico para proteger al sistema respiratorio.
- Accidente cardiovascular.
Los efectos en la salud dependen de la cantidad de ozono presente en el aire, del tiempo de exposición de la persona, de su grado de vulnerabilidad y del tipo de actividad física realizada.
Dado que los niveles de ozono varían a lo largo del día, como consecuencia del tráfico y la radiación solar, es importante tener en cuenta que la mejor calidad del aire se tiene, por lo general, en horas de la mañana.
Algunos grupos de personas son mucho más sensibles a la presencia de ozono en el aire, como los ancianos, los niños menores de 6 años y las personas con patologías respiratorias o cardiovasculares previas. Aún así, siempre se deben extremar las precauciones en mujeres embarazadas, pacientes oncológicos y personas inmunodeprimidas.
Por otra parte, en la troposfera, el ozono puede reaccionar con diferentes componentes orgánicos (algunos aldehídos y otros ácidos), y producir contaminantes de vida corta que pueden resultar muy irritantes y perjudiciales para la salud.
Las medidas más efectivas para reducir la contaminación por ozono son:
- Disminuir el tráfico rodado.
- Ahorrar energía.
- Usar vehículos menos contaminantes, transporte público y energías limpias.
Valores legislados para el ozono
En España, la concentración de ozono permitida es 120 µg/m3 para la máxima diaria de medias móviles octohorarias, y no debe superarse en más de 25 días de promedio en 3 años civiles. Por otra parte, también se utilizan umbrales de información (promedio horario de 180 µg/m3) y de alerta (promedio horario de 240 µg/m3).
Aún así, es importante tener presente que la Organización Mundial de la Salud (OMS) recomienda mantener la concentración de O3 por debajo de los 100 µg/m3.