¿Cómo pueden llegar a la estratosfera los clorofluorocarbonos (CFC) si son más pesados que el aire?
Los CFC llegan a la estratosfera porque la atmósfera de la tierra está siempre en movimiento y mezcla las sustancias químicas que se le añaden.
En realidad las moléculas de CFC son varias veces más pesadas que el aire. No obstante, miles de mediciones de globos, aeronaves y satélites demuestran que los CFC están realmente presentes en la estratosfera. Esto se debe a que los vientos y otros movimientos del aire mezclan la atmósfera hasta altitudes por encima de la parte superior de la estratosfera con mucha más velocidad que aquella a la que las moléculas pudieran depositarse por su peso. Los gases tales como los CFC que no se disuelven en agua y que relativamente no reaccionan en la atmósfera inferior se mezclan con relativa rapidez y por consiguiente llegan a la estratosfera sea cual fuere su peso.
Las modificaciones medidas de la concentración de los componentes de la atmósfera en función de la altitud nos enseñan acerca del destino de los compuestos en la atmósfera. Por ejemplo, dos gases el tetracloruro de carbón (CF4, producido principalmente como producto secundario de la fabricación de aluminio) y el CFC-11 (CCl3F, utilizado en una diversidad de actividades humanas) son ambos más pesados que el aire.
El tetrafloruro de carbono no reacciona de ninguna forma a altitudes por lo menos por encima de 150 kilómetros en la atmósfera. Las mediciones indican que está casi uniformemente distribuido por la atmósfera según se ilustra en la figura siguiente. Se han efectuado mediciones en los últimos dos decenios de otros varios gases que no reaccionan de ningún modo pero que son más ligeros que el aire (neón) o más pesados que el aire (argón y criptón), demostrando que también se mezclan hacia arriba por toda la estratosfera sea cual fuere su peso.
Los CFC-11 no reacciona en la atmósfera inferior y se mezclan de modo análogo uniformemente en ese lugar, según se indica en la figura. Sin embargo, la abundancia de CFC-11 disminuye a medida que el gas llega a altitudes más elevadas puesto que se descompone por la acción de la radiación ultravioleta solar de elevada energía. El cloro liberado por esta descomposición del CFC-11 y de otros CFC permanece durante varios años en la estratosfera en la que los átomos de cloro destruyen muchos miles de moléculas de ozono.
¿Cuáles son las pruebas de que el cloro y el bromo destruyen el ozono estratosférico?
Numerosas investigaciones y análisis de laboratorio acerca de mediciones efectuadas en todo el mundo de la estratosfera han demostrado que las sustancias químicas que contienen cloro y bromo destruyen las moléculas de ozono.
Los estudios de investigación del laboratorio muestran que el cloro (Cl) reacciona muy rápidamente con el ozono. También muestran que las sustancias químicas reactivas de monóxido de cloro (ClO) que se forma en dicha reacción pueden ser objeto de procesos ulteriores que regeneran el cloro original, permitiendo que se repita muchas veces esta secuencia (reacción en cadena). También tienen lugar reacciones similares entre el bromo y la atmósfera.
Pero, ¿ocurren estas reacciones que destruyen el ozono en el "mundo real"? Toda la experiencia científica acumulada demuestra que en la naturaleza tienen lugar las mismas reacciones químicas. También tienen lugar simultáneamente en la estratosfera otras muchas reacciones (incluidas las de otras especies químicas). Esto dificulta la separación de las conexiones entre los diversos cambios. No obstante, siempre que se encuentran juntamente en la estratosfera el cloro (o bromo) y el ozono tienen lugar reacciones que destruyen el ozono.
Algunas veces predomina de tal forma, en circunstancias naturales, un número pequeño de reacciones químicas que sus conexiones son casi tan claras como en los experimentos de laboratorio. Tal situación ocurre en la estratosfera sobre la Antártida durante la formación en primavera del agujero de ozono. Las mediciones independientes efectuadas por instrumentos desde tierra y desde globos, aeronaves y satélites han proporcionado una comprensión detallada de las reacciones químicas en la estratosfera antártica.
Grandes áreas llegan a temperaturas tan bajas (de -80°C, o -112°F) que se forman nubes estratosféricas lo cual es muy raro excepto durante los inviernos polares. Estas nubes polares estratosféricas permiten las reacciones químicas que transforman las especies de cloro que no causan agotamiento del ozono en especies que si lo causan. Entre los últimos se cuenta el monóxido de cloro que inicia la destrucción del ozono en presencia de la luz del sol. La cantidad de cloro reactivo en tales regiones es, por consiguiente, mucho más elevada que la observada en latitudes medias, lo que lleva a una destrucción química mucho más rápida del ozono. Las reacciones químicas que ocurren en presencia de estas nubes se comprenden bien en la actualidad, a partir de estudios en condiciones de laboratorio que son una repetición de los que ocurren naturalmente en la atmósfera.
Los científicos han observado repetidamente un elevado número de especies químicas sobre la Antártida desde 1986. Entre las distancias químicas medidas estaban el ozono y el monóxido de cloro que es la sustancia química reactiva identificada en el laboratorio como una de las que participan en las reacciones en cadena de destrucción del ozono. Los mapas obtenidos por satélite que se muestran en la figura siguiente relacionan la acumulación de monóxido de cloro observada por encima de la Antártida y el subsiguiente agotamiento del ozono que ocurre rápidamente unos pocos días después sobre zonas muy semejantes.
Reacciones similares en las que intervienen el cloro y el bromo también se han observado durante el invierno y la primavera en las regiones polares árticas; lo cual lleva a un agotamiento químico del ozono en tal región. Puesto que el Ártico no es habitualmente tan frío de forma permanente como el antártico, se forman menos nubes estratosféricas y, por consiguiente, el agotamiento del ozono es inferior en el ártico, lo cual es el tema de una pregunta ulterior.
¿Procede la mayoría del cloro en la estratosfera de fuentes humanas o de fuentes naturales?
La mayoría del cloro en la estratosfera está allí como consecuencia de actividades humanas según lo ilustra la figura.
La mayoría de los compuestos que contienen cloro se liberan en el suelo. Aquellos que se disuelven en agua no pueden llegar en cantidades importantes a altitudes estratosféricas. Grandes cantidades de cloro se liberan como pulverización evaporada de los océanos en forma de partículas de sal de mar (cloruro de sodio). Sin embargo, puesto que la sal de mar se disuelve en agua este cloro es aceptado rápidamente en las nubes o en el hielo, nieve o gotitas de lluvia y no llega a la estratosfera. Otra fuente de cloro a nivel del suelo proviene de su uso en las piscinas o como lejía de mezcla. Cuando se libera este cloro se convierte rápidamente en formas que se disuelven en agua y, por consiguiente, están ausentes de la atmósfera inferior. Tal cloro nunca llega a la estratosfera en cantidades importantes. Los volcanes pueden emitir grandes cantidades de cloruro de hidrógeno pero este gas se convierte rápidamente en ácido clorhídrico que se disuelve en el agua de la lluvia, hielo y nieve y no llega a la estratosfera. Incluso en columnas volcánicas explosivas que se levantan a gran altura en la atmósfera, casi todo el cloruro de hidrógeno se suprime mediante la precipitación antes de que llegue a altitudes estratosféricas. Por último, aunque los gases de escape de los transbordadores espaciales y de algunos misiles inyectan partes de cloro directamente en la estratosfera, sus cantidades son muy pequeñas (menos del 1% de la aportación anual de halocarbonos en la atmósfera actual).
Por contraste, la mayoría de los halocarbonos producidos por el hombre que agotan la capa de ozono, - tales como los clorofluorocarbonos (CFC) y el tetracloruro de carbono (CCl4) - no son solubles en agua, no reaccionan con la nieve o con otras superficies naturales y no se descomponen químicamente en la atmósfera inferior. Por consiguiente, estos y otras sustancias producidas por el hombre contienen cloro que llega a la estratosfera.
Varios elementos de prueba se combinan para establecer que los halocarbonos de producción humana son la fuente primaria del cloro estratosférico. En primer lugar, las mediciones han demostrado que las especies de cloro que se levantan hasta la estratosfera son primariamente compuestos fabricados [principalmente CFC, tetracloruro de carbono, metilcloroformo, y los hidroclorofluorcarbonos (HCFC) que son sustitutos de los CFC], junto con pequeñas cantidades de ácido clorhídrico (HCl) y de metilcloruro (CH3Cl), cuyo origen es en parte natural. En segundo lugar, los investigadores han efectuado mediciones de casi todos los gases conocidos que contienen cloro en la estratosfera. Han encontrado que en las emisiones de los halocarbonos producidos por el hombre más el aporte mucho más pequeño de fuentes naturales podrían ser la causa de todo el cloro estratosférico. En tercer lugar, el aumento del cloro estratosférico total medido entre 1980 y 1998 corresponde a los aumentos conocidos de concentración de halocarbones de producción humana durante dicho período.
¿Pueden atribuirse las modificaciones observadas en el ozono a cambios naturales tales como los producidos por el sol y por erupciones volcánicas?
Aunque hay fuerzas naturales que causan fluctuaciones en las cantidades de ozono no existe ninguna prueba de que haya cambios naturales que contribuyan de forma importante a la tendencia durante largo tiempo observada de la disminución del ozono.
El ozono estratosférico se crea primariamente mediante la luz ultravioleta (UV) procedente del sol. Por consiguiente, los rayos solares influyen en el ritmo al que se produce el ozono. La liberación de energía solar (tanto la luz UV como partículas cargadas tales como electrones y protones), varía especialmente en función del ciclo de manchas solares bien conocido de 11 años. Las observaciones a lo largo de varios ciclos solares (desde 1960) muestran que los niveles totales de ozono en el mundo varían en 1,2% desde su valor máximo hasta su valor mínimo en un ciclo ordinario. Sin embargo, los cambios en la radiación solar no pueden ser responsables de los cambios observados a largo plazo en el ozono, puesto que las tendencias descendentes del ozono son muy superiores al 1-2%. Como se muestra en la figura siguiente, desde 1978 la cantidad de energía solar ha pasado por los valores máximos aproximados, observados en 1980 y en 1991 y por los valores mínimos aproximados, observados en 1985 y 1996. Está ahora aumentando nuevamente hacia un próximo máximo alrededor del año 2002. Sin embargo, la tendencia en el ozono ha ido siempre descendente durante todo este período. Las tendencias del ozono presentadas en esta y en otras evaluaciones científicas internacionales anteriores ha sido obtenida evaluando las modificaciones a largo plazo en el ozono después de tener en cuenta la influencia solar (como se ha hecho en la figura siguiente).
Grandes erupciones volcánicas explosivas pueden inyectar directamente materiales en la capa de ozono. Las mediciones de laboratorio y las observaciones en la atmósfera han indicado que las reacciones químicas dentro y en la superficie de partículas volcánicas inyectadas a la estratosfera inferior llevan a una mayor destrucción del ozono aumentando la concentración de moléculas de cloro químicamente activas que provienen de compuestos producidos por el hombre tales como clorofluorocarbonos (CFC). Son ejemplos las erupciones de Mt. Agung (1963), Mt. Fuego (1974), El Chichón (1982) y particularmente Mt. Pinatubo (1991). La erupción de Mt. Pinatubo llegó a un aumento de 30 a 40 veces en el área de superficie total de las partículas disponibles para incrementar las reacciones químicas. El influjo de tales sucesos naturales en la capa de ozono depende, por lo tanto, de la concentración de moléculas de cloro y de partículas disponibles en la estratosfera de modo similar a las nubes polares estratosféricas. Puesto que se suprimen de la estratosfera las partículas en un período de 2 a 5 años, la anomalía en el ozono es solamente temporal y tales episodios no pueden ser la causa de las modificaciones a largo plazo observadas. Las observaciones y los cálculos indican que los niveles de ozono más bajos registrados que se observaron en 1992-1993 reflejan la importancia del número relativamente grande de partículas producidas por la erupción de Mt. Pinatubo, junto con la cantidad relativamente elevada de cloro estratosférico producido por el hombre en el decenio de 1990, por comparación con los valores registrados en anteriores erupciones volcánicas.
Las observaciones y los cálculos con modelos indican que las partículas volcánicas no pueden por sí mismas agotar el ozono. Solamente la interacción del cloro producido por el hombre con las superficies de las partículas es la que hoy en día aumenta el agotamiento del ozono en la atmósfera.
¿Cuándo apareció por primera vez el agujero antártico de ozono?
El agujero antártico de ozono es un nuevo fenómeno que apareció a principios del decenio de 1980.
El promedio observado de ozono durante los meses de septiembre, octubre y noviembre sobre la estación de vigilancia del Antártico británico en Halley, Antártida, reveló por primera vez una disminución notable a principios del decenio de 1980, si se compara con datos precedentes obtenidos a partir de 1957. El agujero del ozono se forma cada año cuando hay una disminución aguda (actualmente de hasta el 60%) del ozono total sobre la mayor parte de la Antártida por un período aproximado de tres meses (septiembre-noviembre) durante la primavera del hemisferio sur. A finales del verano (enero-marzo), en los decenios de 1980 y 1990, las cantidades de ozono no acusan una disminución tan aguda. Las observaciones de tres otras estaciones en la Antártida y de instrumentos de los satélites revelan disminuciones similares en la cantidad de ozono primaveral por encima de las estaciones. Los instrumentos para medir el ozono de este globo indican modificaciones dramáticas en la forma de distribución del ozono en función de la altitud. Como se muestra en la figura siguiente del emplazamiento de Syowa, la mayoría de todo el ozono que está actualmente agotado a algunas altitudes como agujero de ozono se forma cada primavera, comparado con el perfil normal de ozono que existía antes de 1980. Se ha demostrado que el agujero del ozono resulta de la destrucción del ozono estratosférico por gases que contienen cloro y bromo, cuyas fuentes son principalmente gases halocarbonos producidos por el hombre.
Antes de que la estratosfera se viera afectada por el cloro y el bromo de producción humana, los niveles de ozono que ocurren naturalmente en primavera por encima del Antártico eran aproximadamente del 30 al 40% inferiores a los niveles actuales de ozono de primavera sobre el Ártico. Esta diferencia natural entre las condiciones del Antártico y del Ártico fue observada por primera vez por Dobson a finales del decenio de 1950. La diferencia proviene de las temperaturas excepcionalmente frías y de las distintas pautas de vientos invernales en la estratosfera del Antártico si se compara con la del Ártico. Esto no es de ningún modo el mismo fenómeno que la tendencia descendente marcada en la totalidad del ozono en años recientes.
Los cambios meteorológicos estratosféricos no pueden explicar el agujero de ozono. Las mediciones indican que las temperaturas estratosféricas invernales en la Antártida en los últimos decenios no han cambiado antes del desarrollo del agujero del ozono cada septiembre. Las mediciones en tierra, en aeronaves y por satélite han proporcionado por lo contrario pruebas claras de la importancia de la química del cloro y del bromo, procedentes de compuestos de factura humana, en cuanto al agotamiento de la capa de ozono de la Antártida en años recientes.
¿Porqué ha aparecido el agujero del ozono por encima de la Antártida ocurriendo la liberación de CFC y de halones principalmente en el hemisferio norte?
La atmósfera de la tierra está continuamente agitada sobre el globo por los vientos. El resultado es que los gases que agotan la capa de ozono se mezclan por toda la atmósfera, incluida la Antártida, sea cual fuere el lugar en el que han sido emitidos. Las condiciones meteorológicas especiales de la Antártida hacen que estos gases sean más eficaces en ese lugar, en cuanto a agotar la capa de ozono, que en otras partes.
Las emisiones humanas de clorofluorocarbonos (CFC) y de halones (gases que contienen bromo) han ocurrido principalmente en el Hemisferio Norte. Aproximadamente se ha liberado el 90% en las latitudes que corresponden a Europa, Rusia, Japón y América del Norte. Los gases tales como CFC y halones que son insolubles en agua y que no reaccionan fácilmente se mezclan en un plazo de un año o dos por toda la atmósfera inferior. Los CFC y los halones en este aire bien mezclado se levantan de la atmósfera inferior hacia la estratosfera principalmente en las latitudes tropicales. Los vientos impulsan esta masa de aire hacia los polos tanto al Polo Norte como al Polo Sur desde los trópicos, de forma que el aire en toda la estratosfera del globo contiene aproximadamente las mismas cantidades de cloro y de bromo.
En el hemisferio sur, el Polo Sur es parte de una gran masa terrestre (la Antártida) que está completamente rodeada por los océanos. Esta simetría se refleja en las condiciones meteorológicas que permiten la formación en invierno de una región muy fría en la estratosfera por encima del continente Antártico, aislado por una banda de vientos fuertes que circulan alrededor del polo cerca del paralelo de 65°S. Las temperaturas muy bajas estratosféricas llevan a la formación de nubes (nubes estratosféricas polares) que son responsables de las modificaciones químicas que promueven la producción de cloro y bromo químicamente activos. Esta activación del cloro y del bromo lleva seguidamente a una pérdida rápida del ozono cuando la luz del sol vuelve a la Antártida en septiembre y octubre de cada año, lo cual lleva seguidamente al agujero antártico de ozono. Como lo muestra la figura, la magnitud de la pérdida del ozono ha crecido en el transcurso del decenio de 1980 a medida que han aumentado en la atmósfera las cantidades de compuestos de origen humano que agotan la capa de ozono.
No existen condiciones similares por encima del Ártico. Las temperaturas invernales en la estratosfera Ártica no son constantemente bajas durante muchas semanas como ocurre en la Antártida lo cual lleva a un agotamiento consiguientemente menor del ozono (véase la siguiente pregunta).
¿Hay un agujero de ozono por encima del Ártico?
Se han observado importantes disminuciones del contenido de ozono en la estratosfera por encima del Ártico durante finales del invierno y principios de la primavera (enero-marzo) en seis de los últimos nueve años. Sin embargo, estas disminuciones, ordinariamente del 20 al 25% son muy inferiores a las observadas actualmente cada primavera por encima de la Antártida (agujero de ozono).
La diferencia entre el contenido de ozono en las dos regiones polares (véase la figura inferior) proviene de pautas meteorológicas distintas. La Antártida es un continente de gran extensión rodeado por los océanos. Estas condiciones simétricas producen temperaturas estratosféricas muy bajas en una región meteorológicamente aislada, denominada vortex polar, que se extiende desde aproximadamente el paralelo de 65°S hasta el polo. Las temperaturas frías llevan a su vez a la formación de nubes, conocidas como nubes estratosféricas polares. Estas nubes proporcionan cambios químicos que promueven la producción de cloro y bromo químicamente activos que destruyen rápidamente el ozono. Las condiciones que mantienen niveles elevados de cloro y bromo químicamente activos persisten hasta septiembre y octubre en la Antártida cuando la luz del sol vuelve a iluminar la región para iniciar el agotamiento del ozono.
Las condiciones meteorológicas invernales en el Hemisferio Norte, lo mismo que en el hemisferio sur, llevan a la formación de una región aislada limitada por vientos fuertes en la que la temperatura es también lo suficientemente fría para que se formen nubes estratosféricas polares. Sin embargo, la simetría geográfica en torno al polo norte no lo es tanto como en torno al polo sur. En consecuencia, los sistemas meteorológicos a larga escala perturban las corrientes del viento que es menos estable por encima de la región Ártica que por encima de la Antártida. Estas perturbaciones impiden que la temperatura en la estratosfera Ártica sea tan fría como en la estratosfera Antártica, y, por consiguiente, se forman menos nubes estratosféricas polares. No obstante, los compuestos de cloro y bromo químicamente activos se forman también por encima del Ártico, lo mismo que por encima de la Antártida, como consecuencia de reacciones en la superficie de las nubes. Pero es raro que las condiciones frías persistan hasta marzo, cuando se dispone de luz solar suficiente para iniciar un gran agotamiento del ozono.
En años recientes, ha habido una cadena de inviernos desacostumbradamente fríos sobre el Ártico, si se comparan con los de los treinta años precedentes. El frío y las condiciones persistentes han llevado a un mayor agotamiento del ozono, puesto que las concentraciones atmosféricas de gases que agotan la capa de ozono ha sido también relativamente grande durante estos años. Sin embargo, la causa del cambio observado en las condiciones meteorológicas no ha sido hasta ahora comprendido. Tales condiciones pudieran persistir en los años venideros, aumentándose aún más el agotamiento del ozono. Pero también es posible que en los próximos años se inviertan estas características del decenio precedente. En tal caso, se esperaría que disminuya el agotamiento del ozono químico en el Ártico.
Por consiguiente, aunque ha habido un agotamiento importante del ozono en el Ártico en años recientes, es difícil predecir lo que nos espera, puesto que el clima futuro de la estratosfera del Ártico no puede predecirse con confianza.
¿Produce el agotamiento de la capa de ozono un aumento de la radiación ultravioleta al nivel del suelo?
En promedio el agotamiento de la capa de ozono lleva a un aumento de la radiación ultravioleta a nivel del suelo.
El sol emite radiación en una amplia gama de energía, aproximadamente el 2% en forma de alta energía, radiación ultravioleta (UV). Parte de esta radiación UV (UV-B) es particularmente eficaz en dañar a los seres humanos, por ejemplo, quemaduras de sol, cáncer cutáneo y daños optalmológicos. La cantidad de radiación UV solar recibida en cualquier lugar particular sobre la superficie de la tierra depende de la posición del sol sobre el horizonte, de la cantidad de ozono en la atmósfera y de las condiciones de nubosidad y contaminación locales. Los científicos están de acuerdo en que, a falta de modificaciones en las nubes o en la contaminación, la disminución del ozono atmosférico lleva consigo aumentos de la radiación UV a nivel del suelo.
Las disminuciones mayores del ozono durante los últimos quince años se han observado por encima de la Antártida, especialmente durante cada uno de los meses de septiembre y octubre cuando se forma el agujero de ozono. En los últimos años, se han efectuado mediciones simultáneas de la radiación UV y del ozono total en varias estaciones antárticas. A finales de la primavera, la radiación ultravioleta biológicamente nociva en partes de la Antártida puede exceder de la observada en San Diego California, donde el sol está mucho más elevado por encima del horizonte.
En zonas en las que se ha observado que el agotamiento del ozono es menor, es más difícil detectar los aumentos de radiación UV-B. En particular, la detección de las tendencias en la radiación UV-B asociadas a disminuciones del ozono puede estar a su vez más complicada por modificaciones en la nubosidad, por la contaminación local y por dificultades en mantener el instrumento de detección precisamente en las mismas condiciones durante muchos años. Antes de finales del decenio de 1980, no se disponía de instrumentos con la necesaria precisión y estabilidad para medir las tendencias pequeñas a largo plazo de la radiación UV-B a nivel del suelo. Por consiguiente, los datos procedentes de lugares urbanos obtenidos con instrumentos más antiguos y menos especializados proporcionan información mucho menos fiable, especialmente porque no se dispone de mediciones simultáneas de los cambios de nubosidad o de contaminación locales. Cuando se han efectuado mediciones de elevada calidad de la radiación en otras zonas alejadas de las ciudades importantes y de la correspondiente contaminación del aire, las disminuciones del ozono han ido regularmente acompañadas de aumentos en la radiación UV-B. Esto se muestra en la figura siguiente, en la que las mediciones realizadas en condiciones de cielo despejado en seis distintas estaciones demuestran que las disminuciones del ozono llevan a un aumento de la radiación UV-B en la superficie, en proporciones que están bastante bien de acuerdo con las previstas en los cálculos (la curva "modelo").
¿Es el agotamiento del ozono una de las causas de los cambios climáticos?
El agotamiento del ozono y los cambios climáticos están relacionados de varios modos, pero el agotamiento del ozono no es una causa importante de cambios climáticos.
El ozono atmosférico influye de dos formas en el equilibrio de las temperaturas de la tierra. Absorbe la radiación ultravioleta solar que calienta la estratosfera. También absorbe la radiación infrarroja emitida por la superficie de la tierra, atrapando de forma eficaz el calor en la troposfera. Por consiguiente, el impacto en el clima de modificaciones en las concentraciones del ozono varía con la altitud a la que ocurren estos cambios del ozono. Las pérdidas importantes del ozono que han sido observadas en la estratosfera inferior, debidas a los gases que contienen cloro y bromo producidos por el hombre, han tenido un efecto de enfriamiento de la superficie de la tierra. Por otro lado, los aumentos del ozono que se estima que han ocurrido en la troposfera, debidos a los gases que contaminan la superficie, tienen un efecto de calentamiento de la superficie de la tierra, por lo que contribuyen al efecto de invernadero.
En comparación con los efectos de modificaciones entre otros gases atmosféricos, los influjos de estos cambios del ozono son difíciles de calcular con precisión. En la figura que sigue, los límites superiores de efectos posibles para modificaciones del ozono se indican mediante barras en blanco y los límites inferiores se indican mediante barras en negrilla.
Según lo indicado en la figura, el aumento de dióxido de carbono es el aporte principal al cambio climático. Las concentraciones de dióxido de carbono están aumentando en la atmósfera ,primariamente como resultado de la quema de carbón, petróleo, y gas natural para energía y transporte. En la actualidad, la abundancia en la atmósfera de dióxido de carbono es un 30% mayor aproximadamente de la que existía hace 150 años. Se muestra también en la figura los impactos relativos en el clima de diversos gases que no son de invernadero.
Hay también un factor adicional que enlaza indirectamente el agotamiento del ozono con los cambios climáticos; es decir muchos de los mismos gases que están produciendo el agotamiento del ozono contribuyen también a cambios climáticos. Estos gases, tales como los clorofluorocarbonos (CFC), son gases de invernadero, que absorben parte de la radiación infrarroja emitida por la superficie de la tierra, por lo que se produce un calentamiento eficaz de la superficie de la tierra.
Por lo contrario, las modificaciones climáticas de la tierra pudieran influir en la conducta de la capa de ozono, puesto que el ozono está influenciado por modificaciones de las condiciones meteorológicas y por modificaciones en la composición atmosférica que pudiera proceder de cambios climáticos. El asunto principal es que la estratosfera se enfriaría con gran probabilidad en respuesta a cambios climáticos, por lo que persistirían por un tiempo más largo las condiciones que llevan al agotamiento del ozono en la atmósfera inferior, particularmente en las regiones polares. En la actualidad, no han sido todavía evaluados, la amplitud y extensión de tal enfriamiento y, por consiguiente, tampoco se ha evaluado la demora en la recuperación de la capa de ozono.
¿Cómo es en la actualidad el grado de agotamiento de la capa de ozono?
El agotamiento de la capa de ozono estratosférica, causado por un aumento de las concentraciones de sustancias químicas producidas por el hombre ha aumentado desde el decenio de 1980. La pérdida primaveral en la Antártida es el agotamiento de mayor magnitud. En la actualidad, en las regiones no polares, la capa de ozono se ha agotado en varios números de porcentajes si se compara con lo observado hace dos decenios.
Como muestra la figura, la magnitud del agotamiento del ozono varía de una región a otra de la tierra. Por ejemplo, apenas ha habido agotamiento del ozono en los trópicos. La magnitud del agotamiento depende también de la estación del año. Desde 1979 hasta 1997, las pérdidas observadas en la cantidad de ozono por encima ha llegado a un total aproximado del 5-6% en las latitudes medias septentrionales en invierno y en primavera, aproximadamente del 3% en las latitudes medias septentrionales en verano y otoño, y aproximadamente del 5% anual por todo el año en las latitudes medias meridionales. Desde finales del decenio de 1970, se ha formado el agujero del ozono por encima de la Antártida durante cada una de las primaveras en el hemisferio sur (de septiembre a noviembre), en el cual se ha agotado hasta el 60% del total de ozono. Desde principios del decenio de 1990, se ha observado también el agotamiento del ozono por encima del Ártico, con pérdidas del ozono desde enero hasta finales de marzo ordinariamente del 20 al 25% en la mayoría de los años recientes. Todas estas disminuciones son superiores a las variaciones naturales observadas a largo plazo.
El gran aumento de concentraciones atmosféricas de compuestos de cloro y de bromo de factura humana es responsable de la formación del agujero antártico de ozono. Además, el peso abrumador de las pruebas indica que este factor también desempeña un papel importante en el agotamiento del ozono en el Ártico y a latitudes medias.
Además de estas modificaciones a largo plazo, se han observado también efectos transitorios en la capa de ozono estratosférico después de importantes erupciones volcánicas tales como las del Mt. Pinatubo en 1991. Durante 1992 y 1993, disminuyó el ozono en muchos lugares a los valores mínimos observados. Por ejemplo, los agotamientos primaverales excedieron del 20% en algunas regiones de latitud media nórdica muy pobladas, y los niveles en el agujero antártico de ozono llegaron a valores inferiores a los que hasta ahora habían sido registrados. Se juzga que estas disminuciones del ozono en 1992 y 1993, desacostumbradamente grandes, aunque de corto plazo, están en parte relacionadas con grandes cantidades de partículas volcánicas inyectadas en la estratosfera, con lo que temporalmente aumentó el agotamiento del ozono causado por los compuestos de cloro y bromo de factura humana, del mismo modo que las nubes polares estratosféricas acentúan los efectos de las sustancias químicas en el agotamiento del ozono de las regiones polares. Puesto que estas partículas se fijan en la estratosfera durante unos pocos años, las concentraciones de ozono han vuelto en gran parte a niveles de agotamiento que están en consonancia con la tendencia descendente observada antes de la erupción del Monte Pinatubo. Si ocurriera una erupción semejante en el decenio venidero, pudieran esperarse pérdidas de ozono de la misma magnitud, puesto que los niveles de cloro en la estratosfera serán todavía elevados.
¿Se prevé una recuperación de la capa de ozono? De ser así, ¿Cuándo?
Se espera que el agotamiento del ozono causado por los compuestos de cloro y de bromo de producción humana desaparezca gradualmente a mediados del siglo XXI a medida que estos compuestos se retiran lentamente de la estratosfera mediante procesos naturales. Este logro medioambiental se debe al hito de un acuerdo internacional para comprobar la producción y consumo de sustancias que agotan la capa de ozono. Se requerirá un cumplimiento completo para lograr esta recuperación prevista.
En 1987, el reconocimiento de que el cloro y el bromo tenían un potencial de destruir el ozono estratosférico llevó al Protocolo de Montreal sobre las sustancias que agotan la capa de ozono, que forma parte del Convenio de Viena de 1985 para la protección de la capa de ozono, conducente a reducir la producción mundial de sustancias que agotan la capa de ozono. Subsiguientemente, observaciones mundiales de un agotamiento importante del ozono obligaron a incorporar enmiendas que dieran mayor vigor al tratado. La enmienda de Londres de 1990 exige que cese la producción de las sustancias más nocivas que agotan la capa de ozono al año 2000 en los países desarrollados y al año 2010 en los países en desarrollo. La Enmienda de Copenhague de 1992 modificó la fecha de la prohibición al año 1996 en los países desarrollados. Se ha convenido en otras restricciones de las sustancias que agotan la capa de ozono en Viena (1995) y en Montreal (1997).
En la figura siguiente se muestran las cantidades de cloro y de bromo estratosféricos del pasado y las previstas si no se hubiera firmado el Protocolo, las correspondientes si se aplicaran las disposiciones originales del Protocolo y si se aplicaran los acuerdos subsiguientes. Sin el Protocolo de Montreal y sus enmiendas, el uso continuado de los clorofluorocarbonos (CFC) y de otras sustancias que agotan la capa de ozono hubiera llevado a un aumento de las cantidades de cloro y de bromo en la estratosfera en un múltiplo de 10 a mediados del año 2050, por comparación con las cantidades correspondientes a 1980. Tales cantidades elevadas de cloro y de bromo hubieran llevado a grandes pérdidas del ozono, que hubieran sido producido un agotamiento muy superior al observado en la actualidad.
Por contraste, en virtud de los acuerdos internacionales vigentes que están ahora disminuyendo las emisiones provenientes del hombre de gases que agotan la capa de ozono, las concentraciones troposféricas y otras de compuestos que contienen cloro y bromo han empezado a disminuir en 1995. Aunque se requieren de seis a tres años para que las mezclas pasen de la troposfera a la estratosfera, las cantidades estratosféricas de cloro han empezado a llegar a un nivel constante y disminuirán lentamente de aquí en adelante. Si se llega a un cumplimiento pleno, los acuerdos internacionales llevarán pronto o tarde a eliminar la mayoría de las emisiones de los principales gases que agotan la capa de ozono. Permaneciendo constantes todos los demás elementos, se espera que la capa de ozono llegue a su situación normal a mediados del próximo siglo. Esta lenta recuperación, si se compara con la irrupción relativamente rápida del agotamiento del ozono por razón de las emisiones de CFC y de halones que contienen bromo, está primariamente relacionada con el tiempo requerido para que tengan lugar los procesos naturales de eliminación de los CFC y de los halones en la atmósfera. La mayoría de los CFC y de los halones tienen tiempos de permanencia atmosférica de aproximadamente 50 a varios centenares de años.
Sin embargo, la situación futura de la capa de ozono no depende meramente de las concentraciones estratosféricas de cloro y de bromo producidos por el hombre. También está influenciada, hasta cierto punto, por las cantidades atmosféricas cambiantes de varios otros constituyentes de influencia humana tales como metano, óxido nitroso, y partículas de sulfatos, así como por el clima cambiante de la tierra. En consecuencia, no es probable que la capa de ozono sea idéntica a la que existía antes del decenio de 1980. No obstante, el descubrimiento y la caracterización del agotamiento del ozono como consecuencia de los compuestos de cloro y de bromo y el cumplimiento pleno en todo el mundo de la reglamentación internacional acerca de sus emisiones habrán eliminado lo que hubiera sido, según lo ilustra la figura, un deterioro importante de la pantalla protectora de rayos ultravioletas de la tierra.
