La capa d´ozó és un dels temes més fascinants i rellevants de la ciència ambiental actual. Encara que, a simple vista, pugui semblar una qüestió reservada per a científics i meteoròlegs, el gruix, les variacions i la importància de la conservació tenen implicacions directes a la vida quotidiana de tots nosaltres. Des de la protecció davant de la radiació ultraviolada fins a la seva influència en la salut humana i els ecosistemes, comprendre la capa d'ozó és fonamental per avaluar els riscos a què s'exposa el planeta i les solucions que podem implementar.
A les properes línies et submergiràs en un recorregut complet que abasta la naturalesa física de la capa d'ozó, com es mesura i monitoritza, quines són les principals amenaces a la seva integritat, l'evolució històrica del seu estat i els èxits –i reptes pendents– en la protecció. A més de repassar les bases científiques, descobriràs com es produeixen les variacions al llarg del temps i de l'espai, quins instruments es fan servir per mesurar-la i, sobretot, per què preservar aquesta capa gasosa resulta crucial per a la continuïtat de la vida a la Terra.
Què és la capa d'ozó i per què és vital?
La capa d'ozó és una àrea de l'atmosfera terrestre, ubicada principalment a l'estratosfera, on es concentra la major part d'ozó atmosfèric. Aquest gas, la fórmula química del qual és O3, està compost per tres àtoms d'oxigen i presenta propietats úniques que el diferencien de l'oxigen comú (O2).
S'estén aproximadament entre els 15 i els 40 quilòmetres d'altitud sobre la superfície terrestre, assolint la seva concentració més gran al voltant dels 25 quilòmetres. Tot i així, si es comprimiria tot l'ozó de l'estratosfera a pressió ambiental, formaríem una làmina molt fina d'entre 2 i 3 mil·límetres de gruix, una dada sorprenent si considerem el seu gran paper protector.
La funció principal de la capa d'ozó és filtrar i absorbir la major part de la radiació ultraviolada (UV-B i UV-C) procedent del Sol. Sense aquesta barrera natural, la radiació perjudicial arribaria sense obstacles a la superfície terrestre, provocant efectes devastadors: augment de malalties com el càncer de pell, cataractes, danys en cultius, afectació de la vida marina i alteracions als ecosistemes terrestres i aquàtics.
L'existència mateixa de la vida a la Terra, tal com la coneixem, depèn d'aquest delicat escut gasós. Per això, qualsevol alteració rellevant en el seu gruix o composició repercuteix de forma directa en la salut ambiental i humana.
Formació i destrucció de l'ozó estratosfèric
La formació i destrucció de l'ozó a l'estratosfera és un procés dinàmic, resultat de complexos equilibris químics i físics impulsats principalment per la radiació solar ultraviolada.
L'ozó es genera quan la radiació UV de longitud d'ona menor a 240 nm incideix sobre les molècules d'oxigen (O2). Aquesta energia trenca les molècules, separant els àtoms, que posteriorment s'uneixen amb altres molècules d'oxigen per formar ozó (O3). Aquest mecanisme va ser descrit per Sydney Chapman el 1930 i és conegut com el Cicle de Chapman.
La reacció essencial es pot resumir així: la llum solar descompon l'oxigen molecular en àtoms individuals i, posteriorment, aquests àtoms es recombinen amb O2 per generar ozó (O3). L'ozó, alhora, pot ser destruït per la radiació UV d'especificitat més baixa, alliberant oxigen molecular i àtoms d'oxigen. Aquesta reacció d'anada i tornada manté l'equilibri natural de la capa d'ozó, sempre que no hi hagi pertorbacions externes.
Altres factors, com la presència de compostos halogenats (per exemple, els clorofluorocarbonis, CFC, i falons) o l'augment del contingut d'òxids de nitrogen (NOx), poden impulsar reaccions catalítiques que acceleren la destrucció de l'ozó.
A regions polars, especialment durant la primavera antàrtica, es produeix el que coneixem com el “forat d'ozó”. En aquestes àrees, hi contribueixen factors com baixes temperatures, formació de núvols estratosfèrics polars i l'acumulació de compostos halogenats, que desencadenen una destrucció massiva i estacional de la capa.
Importància ecològica i per a la salut
El paper de la capa d'ozó en la preservació de la vida és essencial i insubstituïble. En absorbir més del 97% de la radiació UV-B i gairebé la totalitat de la UV-C, evita que arribin a la superfície terrestre dosis letals de radiació solar. D'aquesta manera, la capa protegeix els éssers vius de:
- Càncer de pell: L'exposició a radiació UV sense filtre augmenta el risc de melanomes i altres tumors cutanis.
- Cascades i danys oculars: La radiació UV pot causar afeccions oculars greus, arribant fins i tot a la ceguesa.
- Immunodepressió: Hi ha evidències que una exposició més gran a UV-B disminueix l'eficàcia del sistema immune en humans i animals.
- Alteracions sobre els ecosistemes: La reducció de la capa pot afectar la fotosíntesi i alterar les cadenes alimentàries a mars, llacs, rius i boscos.
- Impacte agrícola: L'increment de radiació afecta negativament la productivitat i la qualitat dels cultius.
La capa d'ozó també exerceix un paper rellevant en les dinàmiques climàtiques, ja que en absorbir radiació UV, contribueix a escalfar l'estratosfera i regula la temperatura atmosfèrica global.
Com es mesura el gruix i la concentració de la capa d'ozó?
El gruix de la capa d'ozó no s'expressa com un gruix físic directe, sinó com una mesura de la quantitat d'ozó present al llarg d'una columna vertical de l'atmosfera. La forma estàndard és la Unitat Dobson (UD), que representa la quantitat d'ozó que, comprimit a condicions normals de pressió i temperatura, formaria una capa de 0,01 mm de gruix.
Es considera que un valor mitjà global d'ozó a l'atmosfera ronda les 300 UD, encara que hi ha variacions segons la localització geogràfica i l'estació de l'any. Per exemple, als pols (especialment durant la primavera antàrtica) els valors poden desplomar-se per sota de 150-220 UD durant els episodis de forat d'ozó.
El mesurament es fa a través d'instruments específics:
- Espectrofotòmetres Dobson i Brewer: Són dispositius òptics que mesuren la radiació ultraviolada procedent del Sol abans i després de travessar l'atmosfera. Així, es calcula la concentració total d'ozó a la columna.
- Ozonosones: Són globus meteorològics equipats amb sensors que, a mesura que pugen, registren dades sobre la concentració d'ozó segons l'altitud.
- Satèl·lits meteorològics: Equipats amb sensors avançats, permeten mapes globals i anàlisis històriques sobre la distribució i evolució de la capa d'ozó.
Centres meteorològics i de recerca com l'Agència Estatal de Meteorologia (AEMET) a Espanya, o l'Observatori d'Izaña a Canàries, són referència internacional a la monitorització de l'ozó atmosfèric. Aquestes institucions treballen en xarxa compartint dades globalment i facilitant l'avaluació en temps real de l'estat de la capa.
Variacions del gruix: causes naturals i antròpiques
El gruix i la concentració de la capa d'ozó varien naturalment al llarg de l'any, entre diferents regions i també per motius d'origen humà.
Entre les causes naturals destaquen:
- Latitud i estació: Les zones polars solen registrar valors menors a la primavera a causa de processos fotoquímics específics. Les regions equatorials, en rebre més radiació UV, experimenten una producció d'ozó més gran.
- Activitat solar: Canvis en la radiació solar, cicles solars i erupcions afecten temporalment la producció i la destrucció d'ozó.
- Processos meteorològics: Ones planetàries, vòrtex polars i altres fenòmens de circulació atmosfèrica influeixen en la distribució i transport de l'ozó estratosfèric.
- Erupcions volcàniques: L'ejecció de partícules i gasos pot disminuir puntualment l'ozó per diverses vies químiques.
La principal amenaça per a l'equilibri de la capa d'ozó prové de les activitats humanes. L'ús i emissió continuada des de mitjans del segle XX de substàncies químiques halogenades, especialment CFC i halons, són responsables de la pèrdua accelerada de l'ozó a grans regions del planeta.
Aquestes substàncies, un cop emeses a l'atmosfera, poden trigar anys a assolir l'estratosfera, on la radiació UV les descompon, alliberant àtoms de clor i brom extremadament reactius. Aquests àtoms destrueixen l'ozó mitjançant reaccions catalítiques en què una sola molècula pot eliminar fins a 100.000 molècules d'O3 abans de ser neutralitzats.
El procés de destrucció de l'ozó per compostos halogenats
La destrucció catalítica de l'ozó per compostos clorats i bromats és la ruta més significativa d'esgotament de la capa en les darreres dècades. Les molècules responsables són majoritàriament els clorofluorocarbonis (CFC), hidroclorofluorocarbonis (HCFC), falons, tetraclorur de carboni i metilcloroform, entre d'altres.
El mecanisme principal es basa que, després d'assolir l'estratosfera, aquestes substàncies pateixen fotòlisi a causa de la radiació UV, alliberant àtoms de clor o brom. Posteriorment, participen en reaccions cícliques amb l'ozó:
- L'àtom de clor reacciona amb una molècula d'ozó, formant monòxid de clor (ClO) i oxigen molecular.
- El monòxid de clor reacciona amb un àtom d'oxigen, alliberant novament clor i tancant el cicle.
De manera similar, els compostos bromats, com els falons i el bromur de metil, segueixen rutes similars i, de fet, són encara més efectius en la destrucció de l'ozó. Un sol àtom de brom pot ser fins a 45 vegades més efectiu que un de clor.
Les reaccions s'intensifiquen a les regions polars durant l'hivern i la primavera, a causa de la presència de núvols estratosfèrics polars. Aquests núvols proporcionen superfícies perquè compostos normalment inactius es transformin en espècies altament actives, a punt per destruir l'ozó quan torna la radiació solar al final de l'hivern.
El fenomen del forat d'ozó
El forat d'ozó es refereix a una regió –principalment sobre l'Antàrtida– on el contingut d'ozó total cau per sota de 220 UD durant la primavera austral (d'agost a novembre).
Aquest fenomen es va detectar inicialment a les dècades dels 70 i 80 mitjançant observacions de camp i satel·litàries. La seva aparició i evolució estan relacionades amb:
- L'aïllament atmosfèric del vòrtex polar: Durant l'hivern austral, un corrent de raig separa l'aire de l'Antàrtida de la resta del planeta, permetent que s'acumulin baixes temperatures i es formin núvols estratosfèrics polars.
- La presència de compostos halogenats: Aquests es transformen, a les superfícies dels núvols polars, en formes altament reactives que inicien la destrucció intensiva quan apareix la llum solar.
L'àrea del forat d'ozó ha arribat a superar els 25-29 milions de quilòmetres quadrats alguns anys, més del doble de la superfície del continent antàrtic. Tot i que aquest fenomen és més intens sobre l'Antàrtida, també s'han observat episodis, menys acusats, a l'Àrtic.
L'impacte d'aquest fenomen ha estat especialment preocupant a regions australs com Argentina i Xile, on l'augment de radiació ultraviolada ha provocat alertes de salut, danys a cultius i afectació a la fauna.
Evolució històrica, vigilància i recuperació
Des dels primers indicis de destrucció accelerada als anys 70, la comunitat científica internacional, les agències governamentals i els organismes multilaterals han intensificat la vigilància i l'estudi de l'estat de la capa d'ozó.
El seguiment es realitza mitjançant:
- Xarxes d'espectrofotòmetres i ozonosones: Repartits per tot el món, recullen dades en temps real i formen part de consorcis internacionals com ara el World Ozone and UV Data Centre (WOUDC).
- Satèl·lits meteorològics: Permeten la monitorització global i detallada de la capa, identificant tendències, anomalies estacionals i l'evolució de forats d'ozó.
- Centres de recerca regionals: Com l'Observatori d'Izaña (Espanya), que lidera campanyes de calibratge i tecnologia d'avantguarda en el mesurament de l'ozó.
Espanya destaca en l'àmbit europeu per la seva xarxa d'instruments i iniciatives com la col·liderança de la xarxa EUBREWNET, dedicada a facilitar dades homogènies i de qualitat sobre ozó i radiació UV. A més, compta amb més de vint-i-cinc estacions de mesura i un sistema de predicció de l'índex ultraviolat per a tots els municipis del país.