Composición de la atmósfera

• Un ejemplo de la importancia de estos procesos es lo que ocurre con el oxigeno, que se traduce en que a alturas superiores a los 400km sólo un 1% del oxígeno permanece en forma molecular , cantidad que aumenta hasta un 50% a alturas de hasta 130 km , convirtiéndose en el componente mayoritario por debajo de la misma.

• O2 + hע O + O E= 495 kJ/mol 242~ג nm

• Fotodisociación

Las radiaciones menos energéticas (UV medio y cercano) son las responsables de reacciones de disociación , fundamentalmente de especies oxigenadas y nitrogenadas.

Ciclo de ozono estratosférico

• A pesar de las reacciones anteriores , aún sería posible la llegada a la superficie terrestre de un importante porcentaje de radiaciones de longitud de onda comprendida entre 240 y 300 nm. La absorción de éstas radiaciones en las capas altas , está a cargo del ozono existente , fundamentalmente en la estratosfera

CICLO DEL OZONO El ciclo trascurre a través de cuatro reacciones que

se indican a continuación. En ellas apreciamos que existe un equilibrio entre el ozono generado en el proceso b) y el destruido en el c). Este equilibrio permite que la concentración de ozono en la estratosfera permanezca constante, si no existen factores externos que distorsionen el ciclo.

(Reacciones de Chapman) Formación :a) O2 (g) + hע (240 nm) 2 O(g) (Lenta) H0=kJ

b) O(g) + O2(g) + M(g) O3(g) + M*(g) + (Rápida) H0=kJ

Destrucción:c) O3(g) + h ע ( 230< <320 nm) O2(g) + O(g) (Rápida)

H0=kJ

d) O(g) + O(g) + M(g) O2(g) + M*(g) + H0=kJ ( muy lenta)

Efecto antrópico

• La reacción (d) es bastante lenta en sí misma, pero diversas substancias como los óxidos de nitrógeno (NO y  NO2), el hidrógeno y sus óxidos (H, OH, and HO2) y el cloro y sus óxidos (Cl, ClO y ClO2) actúan como catalizadores acelerando la destrucción del ozono. En esta reacción es donde inciden de forma mas relevante las substancias de origen humano que destruyen la capa de ozono.

• En conjunto, en condiciones normales, se forma un sistema en equilibrio en el que tantas moléculas de ozono se forman por unidad de tiempo como las que se destruyen, por lo que su concentración permanece constante. El ozone es mucho más raro que el oxígeno normal en la alta atmósfera. De cada 10 millones de moléculas de aire, unos 2 millones son oxígeno normal y sólo 3 moléculas son de ozono.

Conversión de radiaciones UV en calor

• Otra combinación del sistema de reacciones (c) a (b) está teniendo lugar continuamente en la estratosfera:

• O3 + hv ----------> O2 + O      (c) O + O2 -----------> O3              (b)

• En este conjunto de reacciones el átomo de oxígeno libre formado en las reacciones de tipo (c) encuentra una molécula de oxígeno, lo que es más probable, dada su mayor abundancia, que encontrar una de ozono; y se une a ella formando de nuevo ozono. Este sistema de reacciones es muy interesante porque en (c) se absorben radiaciones de baja longitud de onda, mientras que en (b) no se reemiten radiaciones de ese tipo, sino de mucha mayor longitud de onda, con lo que su resultado global es convertir radiaciones UV en calor. 

• Como se puede observar, en todo el conjunto de reacciones que se relacionan con el ozono hay una absorción de radiaciones UV cuya eliminación es muy beneficiosa para la vida sobre la superficie de la Tierra.

Destrucción ozono estratosférico

• El “hueco” del ozono

Formación del ozono troposférico

• Precursores:

óxidos de nitrógeno, compuestos orgánicos

• Potenciadores: La presencia de otros

contaminantes del aire, especialmente las partículas en suspensión, puede potenciar o modificar los efectos del ozono, y viceversa

• El ozono es creado de forma natural por efecto de los rayos solares sobre las moléculas de oxígeno en la propia troposfera y, sobre todo, en la estratosfera, de donde pasa en gran parte a la troposfera gracias al intercambio de aire que se produce en la tropopausa.

• Otra parte del ozono troposférico se produce por la oxidación fotoquímica (con luz solar) de hidrocarburos volátiles (VOC) en presencia de óxidos de nitrógeno NO y NO2. Este ozono troposférico de origen antrópico, por lo tanto, no es emitido directamente a la atmósfera, sino que se forma como un contaminante secundario, a partir de las reacciones fotoquímicas inducidas por el Sol entre sus precursores primarios: los óxidos de nitrógeno y los compuestos orgánicos volátiles.

• El ozono superficial,, se forma a partir de otros contaminantes y puede reaccionar con otras sustancias, todo ello por la acción de la luz. Las concentraciones son normalmente bajas en los centros urbanos con mucho tráfico y suelen ser superiores en las afueras y en zonas rurales anexas, especialmente en los días soleados de verano. Sin embargo, el ozono puede ser transportado por el aire, recorrer grandes distancias y traspasar fronteras. Se sabe que el ozono provoca efectos perjudiciales para la salud, pero es necesario investigar más sobre el asunto.

• A diferencia de otros contaminantes del aire, los niveles de ozono suelen ser menores en zonas urbanas contaminadas. Esto se debe a que el ozono desaparece cuando reacciona con otros contaminantes, como el óxido nítrico (NO). Cuando se produce una concentración punta en un lugar y una hora determinados, la exposición a corto plazo puede afectar de forma temporal a los pulmones, el tracto respiratorio y los ojos, así como aumentar la susceptibilidad a los alérgenos respiratorios. Dado que los días con niveles de ozono ligeramente elevados son mucho más frecuentes que los días con concentraciones punta, es de esperar que sus repercusiones sobre la salud pública sean mayores.

• Unidades Dobson • El nivel de ozono en la atmósfera se

suele medir en Unidades Dobson (DU). Si 100 DU de ozono fueran traídas a las condiciones de presión y temperatura de la superficie de la Tierra formarían una capa de 1 mm de espesor. 

• En las zonas tropicales los niveles de ozono típicos se mantienen entre 250 y 300 DU a lo largo del año. En las regiones templadas se suelen dar grandes variaciones de nivel en las distintas estaciones, con oscilaciones que van desde niveles de 475 DU a menos de 300 DU. En la zona de la Antártida, durante la formación del "agujero" de ozono, en la primavera, se han llegado a medir valores tan bajos como de poco más de 100 DU.

Conclusiones sobre el ozono (O3)

• El ozono (O3) es un gas formado por la acción de la luz a partir de otros contaminantes. Suele estar presente en bajas concentraciones en los centros urbanos con mucho tráfico y en concentraciones mayores en las afueras y en zonas rurales anexas, especialmente en los días soleados de verano. La exposición al ozono afecta principalmente a los pulmones, pero también puede afectar a los ojos e incrementar la susceptibilidad a los alérgenos respiratorios. Los individuos de una misma población responden de forma diferente a la exposición al ozono, hecho que parece deberse en parte a las diferencias genéticas. Deberían reconsiderarse las directrices actuales de la OMS para la calidad del aire, que recomiendan un valor máximo para exposiciones de corta duración

• Recientemente, el ozono troposférico parece también haber aumentado en Africa, ligado a la emisión de óxidos de nitrógeno procedentes del incremento de la quema de combustibles fósiles para la obtención de energía (Lelieveld, 2004). Por otra parte, los análisis satelitales indican que en los últimos años el dióxido de nitrógeno, precursor del ozono troposférico, ha disminuído considerablemente en las regiones más pobladas e industriales de Europa y Estados Unidos pero sigue aumentando de forma importante en China (Richter, 2005)

• Ozono• En países de Europa y en Estados Unidos los últimos estudios han podido relacionar, de manera

independiente de los efectos del material particulado, que altos niveles de ozono troposférico incrementan la tasa de mortalidad, aunque no existe completa evidencia del umbral en que comienza a ser dañino (la línea base de ozono en la atmósfera es variable, pero puede situarse en torno de los 80 ug/m3 para promedio de 8 horas). En la medida que la concentración de ozono supera este valor, se comienzan a observar efectos en la salud de la población.

• El ozono se forma en la atmósfera por reacciones fotoquímicas en presencia de luz solar y de algunos contaminantes precursores, como óxidos de nitrógeno y contaminantes orgánicos volátiles, COV. Altas concentraciones de ozono produce cambios en la función pulmonar e inflamación del aparato respiratorio.

• La OMS señala que en concentraciones de 240 ug para promedio de 8 horas tiene efectos significativos, en forma especial sobre la población más sensible, personas asmáticas, niños y adultos mayores.

• Las nuevas Directrices recomiendan un nuevo límite diario para el ozono, que se reduce de 120 a 100 ug/m3. Lograr estos niveles será todo un desafío para muchas ciudades, sobre todo de los países en desarrollo, y en particular en aquellas con gran número de días de sol, donde las concentraciones de ozono alcanzan niveles máximos que provocan problemas respiratorios y ataques de asma.

• En Chile, la norma de concentración de ozono es de 120 ug/m3 para un promedio aritmético móvil de 8 horas consecutivas. La parte alta de la ciudad de Santiago es la que presenta actualmente los mayores problemas por altas concentraciones de ozono, particularmente durante los meses de verano, cuando supera ampliamente estas cifras.