La capa d'ozó és un tema fascinant i crucial per a la vida al nostre planeta. La seva ubicació, funció i problemàtica han estat objecte de nombrosos estudis científics i debats públics les darreres dècades. Comprendre on se situa exactament, com es distribueix a l'estratosfera i quins són els mecanismes que regeixen la seva formació i destrucció és fonamental per protegir-la i preservar l'equilibri ambiental.
En aquest article, t'oferim una guia exhaustiva escrita en una veu propera, clara i completa, perquè entenguis tots els aspectes sobre la capa d'ozó: des de la seva ubicació a l'atmosfera i la seva importància per a la vida, fins als desafiaments que enfronta, les causes del seu deteriorament i les accions mundials implementades per recuperar-les. Ens submergirem en tots els secrets i curiositats d'aquest escut invisible que ens protegeix dia a dia.
Què és la capa d'ozó?
La capa d'ozó és una zona de l'atmosfera terrestre que conté una concentració relativament alta de molècules d'ozó (O3), un gas compost per tres àtoms d'oxigen. Aquesta zona no és una capa homogènia ni “visible” amb l'ull humà, sinó més aviat una regió definida per la seva significativa capacitat per absorbir la radiació ultraviolada (UV) procedent del Sol. Sense la presència d'aquest ozó atmosfèric, especialment el de l'estratosfera, la vida tal com la coneixem a la Terra seria impossible; pell, cataractes i deteriorament del sistema immunològic, així com danys severs a la flora i fauna.
En termes quantitatius, la capa d'ozó amb prou feines representa una petitíssima fracció dels gasos que componen l'atmosfera. Per exemple, a la zona de màxima concentració hi ha unes 2-8 parts per milió d'ozó. Si es comprimís tota la quantitat d'ozó present sobre la Terra a la pressió i temperatura estàndard del nivell del mar, el gruix seria de només uns 3 mil·límetres. Això dóna una idea clara de com resulta delicada i indispensable aquesta franja gasosa.
Ubicació de la capa d'ozó a l'atmosfera
Per entendre on es troba la capa d'ozó, primer hem de repassar breument l'estructura de l'atmosfera terrestre, que es divideix en diverses capes diferenciades principalment per la temperatura i la composició: troposfera, estratosfera, mesosfera, termosfera i exosfera. La capa d'ozó se situa gairebé exclusivament a l'estratosfera, localitzada entre els 15 i els 50 quilòmetres sobre la superfície de la Terra. Tot i això, la regió on la concentració d'ozó arriba al seu màxim sol estar compresa entre els 19 i 35 quilòmetres d'altura.
A l'estratosfera, l'ozó representa aproximadament el 90% del total present a tota l'atmosfera. Això és perquè les condicions allà, especialment la presència de radiació ultraviolada intensa i l'escassetat de contaminants, afavoreixen la seva formació i manteniment. Sota aquesta capa, a la troposfera (des de la superfície fins a uns 10-15 km d'altitud), hi ha també ozó, però en menor proporció i en condicions diferents.
L'estratosfera i l'ozonosfera
L´estratosfera és la segona capa de l´atmosfera, situada per sobre de la troposfera i estenent-se des d´uns 15 km fins als 50 km d´altitud. En ella, la temperatura, en lloc de continuar disminuint amb l'alçada com passa a la troposfera, comença a augmentar. Aquest augment és conseqüència directa de l'absorció de radiació UV per part de l'ozó, cosa que reescalfa aquesta franja atmosfèrica.
La zona de concentració màxima d'ozó dins l'estratosfera rep el nom d'ozonosfera. Encara que l'ozó es troba distribuït a diferents alçades, és a l'ozonosfera on es produeix la major absorció de radiació ultraviolada. Per això, moltes vegades la capa d'ozó i l'ozonosfera es fan servir com a sinònims, encara que tècnicament l'ozonosfera és una part de l'estratosfera.
Com es forma la capa d'ozó?
El procés de formació de l'ozó a l'estratosfera és un joc fascinant de llum i molècules, resultat de la interacció entre la radiació ultraviolada solar i l'oxigen atmosfèric. El mecanisme que explica la seva producció i destrucció va ser descrit per primera vegada pel científic Sidney Chapman el 1930 i es coneix com el «cicle de Chapman».
Tot comença quan la radiació ultraviolada d'alta energia (UV-C, amb longitud d'ona menor a 240 nm) incideix a les molècules d'oxigen (O2), dividint cadascuna en dos àtoms d'oxigen independents. Aquests àtoms d'oxigen, molt reactius, s'uneixen gairebé immediatament a altres molècules d'O2, formant ozó (O3). Així, el Sol no és només culpable de la destrucció sinó també de la generació d'aquesta defensa natural del nostre planeta.
La reacció es pot esquematitzar així:
- Dissociació de l'oxigen: O2 + radiació UV → O + O
- Formació d'ozó: O+O2 → Y3
El procés és continu i dinàmic, i es produeix formació i destrucció d'ozó tot el temps. Quan l'ozó absorbeix llum UV (principalment UV-B i una mica de UV-C), es descompon novament a O2 i O. Així, es manté un equilibri entre formació i destrucció, essencial perquè la capa actuï com a filtre però sense tornar-se densa en excés.
El punt de màxima generació d'ozó es troba a l'estratosfera sobre l'equador, on la incidència de la radiació solar és més gran. Posteriorment, els vents estratosfèrics distribueixen les molècules d'ozó cap a latituds més grans, com els pols.
Distribució de la capa d'ozó: és homogènia?
La capa d'ozó no és ni uniforme ni estàtica; el gruix i la concentració poden variar àmpliament en funció de la latitud, l'alçada, l'estació de l'any i fins i tot d'un dia per l'altre. Generalment, la major part de l'ozó s'origina a les zones properes a l'equador, però els valors màxims de concentració se solen registrar a les latituds altes de l'hemisferi nord i sud, especialment sobre Sibèria i l'Àrtic canadenc.
Al voltant de l'equador, la quantitat d'ozó és menor perquè, encara que es produeix molt, també es destrueix més ràpidament per l'acció intensa de la radiació UV. Per això, és usual trobar les quantitats més baixes d'ozó al voltant de la franja equatorial i els valors més elevats a prop dels pols.
Els valors d'ozó a l'atmosfera se solen expressar a Unitats Dobson (UD), que és el gruix que tindria una quantitat determinada d'ozó si es comprimís a una atmosfera de pressió i 0°C. Per posar un exemple, una columna d'ozó de 300 UD comprimida equivaldria a una làmina de 3 mil·límetres d'ozó pur.
Funcions i beneficis de la capa d'ozó per a la vida
El paper que exerceix la capa d'ozó en la protecció de la vida és absolutament essencial. La seva funció principal és absorbir entre el 97 i el 99% de la radiació ultraviolada d'alta freqüència que prové del Sol (específicament les bandes UV-C i UV-B), evitant que arribi directament a la superfície terrestre. Aquest filtre natural protegeix tots els éssers vius i els ecosistemes. Sense la capa d'ozó, la radiació UV provocaria un augment dràstic de malalties com ara càncer de pell, cataractes i debilitament general del sistema immune de persones i animals, i alteraria greument la vida vegetal i els ecosistemes aquàtics.
Una altra funció rellevant de l'ozó estratosfèric és el control de la temperatura a l'atmosfera. En absorbir la radiació ultraviolada, l'ozó reescalfa l'estratosfera i estableix un gradient tèrmic imprescindible per a la dinàmica atmosfèrica global. Sense aquest escalfament, els patrons climàtics i la circulació dels vents canviarien radicalment.
Altres capes: L'ozó a la troposfera
A més de l'ozó estratosfèric, també hi ha ozó a la troposfera, la capa de l'atmosfera que va des de la superfície fins a uns 10-15 km d'alçada. Tot i això, aquí l'ozó és considerat un gas contaminant, d'efecte nociu per a la salut i el medi ambient. Se'l coneix com “ozó dolent” perquè no contribueix a filtrar la radiació solar nociva, sinó que resulta tòxic a altes concentracions.
L'ozó troposfèric no es troba naturalment en grans quantitats, sinó que es genera a partir de reaccions fotoquímiques entre contaminants primaris. Gasos com els òxids de nitrogen (NOx), compostos orgànics volàtils (COVs), metà (CH4) i monòxid de carboni (CO) alliberats pel trànsit, la indústria i les activitats humanes reaccionen sota l'acció de la llum solar generant ozó.
L'ozó a la troposfera actua com a principal responsable de l'esmog fotoquímic i és un gas d'efecte hivernacle; pot provocar problemes respiratoris i danys a cultius i vegetació.
Mesurament de la capa d'ozó: Unitats Dobson i controls
La quantitat d'ozó a l'atmosfera no es mesura en litres, metres cúbics o grams, sinó a Unitats Dobson (UD), anomenades així en honor al científic britànic Gordon Dobson. Una UD equival a una capa de 0,01 mm d'ozó pur a condicions normals de pressió i temperatura. El valor mitjà mundial d'ozó sol rondar les 300 UD, encara que pot variar segons l'altitud, la latitud i l'estació. Els valors van des de 200 fins a 500 UD a diferents regions del planeta.
Aquests mesuraments es realitzen des de fa dècades mitjançant espectrofotòmetres, globus amb sondes (ozonosones) i satèl·lits. Per a més comprensió de la importància de l'ozó en la protecció del planeta, consulta l'article sobrebeneficis que ofereix la capa d'ozó.
La destrucció de la capa d'ozó: causes i conseqüències
Des de finals del segle XX, la capa d'ozó s'enfronta a una amenaça seriosa degut a l'emissió de certes substàncies químiques artificials, especialment els clorofluorocarbonis (CFCs) i altres compostos halogenats. Aquests compostos, utilitzats massivament en refrigeració, aire condicionat, aerosols, escumes plàstiques i productes de neteja, es caracteritzen per ser inerts a la troposfera i tenir una gran persistència atmosfèrica.
En passar les dècades, els CFCs i derivats pugen lentament fins a l'estratosfera, on, en rebre radiació ultraviolada, es trenquen i s'alliberen àtoms de clor i brom. Aquests àtoms, altament reactius, inicien una reacció en cadena que destrueix molècules d'ozó de manera catalítica, és a dir, poden destruir innombrables molècules d'ozó abans de quedar inactivats o neutralitzats.
El resultat és un desbalança en el cicle natural de formació i destrucció d'ozó, inclinant la balança cap a la reducció de la quantitat total d'aquest gas a l'estratosfera. Així es va produir el fenomen conegut com el forat d'ozó, especialment visible a l'Antàrtida, on la disminució estacional ha arribat a suposar fins a la pèrdua del 50% de l'ozó estratosfèric durant alguns mesos de l'any.
El forat de la capa d'ozó: causes i peculiaritats
El terme forat d'ozó es refereix a la disminució temporal i dràstica dels nivells d'ozó sobre la regió polar, especialment l'Antàrtida, durant l'hivern i la primavera austral. Aquest fenomen va ser identificat a la dècada dels 80 del segle passat i va disparar les alarmes a nivell mundial.
Les particularitats del forat d'ozó a l'Antàrtida tenen a veure amb les extremes condicions de fred a l'estratosfera, on les temperatures baixen de -78º C, afavorint la formació de núvols polars estratosfèrics. reactives Quan, després de l'hivern polar, torna la llum solar a la primavera, aquestes espècies reaccionen amb l'ozó destruint-lo a gran velocitat.
El forat d'ozó és més acusat i recurrent al Pol Sud, ja que allí les temperatures estratosfèriques són inferiors a les del Pol Nord. Tot i això, fenòmens similars, encara que de menor escala, també s'han observat en latituds àrtiques durant alguns hiverns especialment freds.
Efectes de la destrucció de l'ozó
La disminució de la capa d'ozó deixa la superfície terrestre menys protegida davant de la radiació ultraviolada, amb riscos per a la salut i el medi ambient. Els principals problemes associats són:
- Increment de càncers de pell, cataractes i trastorns immunològics en humans.
- Alteracions en els ecosistemes marins: disminució del fitoplàncton oceànic, base de la cadena tròfica.
- Pèrdues a la vegetació terrestre, canvis en els cicles de floració i creixement de cultius.
- Impactes a la fauna, tant terrestre com marina, amb conseqüències a llarg termini en la biodiversitat.
A més, el deteriorament de la capa d'ozó pot contribuir indirectament al canvi climàtic, ja que alguns dels substituts dels CFCs, com els hidroclorofluorocarbonis (HCFCs) i els hidrofluorocarbonis (HFCs), tenen efectes hivernacle.
Accions mundials per a la protecció de la capa d'ozó
El primer gran acord internacional per protegir la capa d'ozó va ser el Protocol de Mont-real, signat el 1987 i ratificat per gairebé tots els països del món. Per entendre millor les accions globals en aquesta matèria, consulteu l'article sobre el llegat de Mario Molina.
L'èxit del Protocol de Mont-real és notable per haver aconseguit frenar i revertir la tendència de pèrdua d'ozó a l'atmosfera, encara que el procés de recuperació és lent a causa de la llarga permanència d'aquests compostos a l'atmosfera (alguns poden durar fins a 200 anys).
També s'han impulsat esmenes posteriors, com l'Esmena de Kigali (2016), que busca reduir la utilització d'HFCs, gasos d'efecte hivernacle potents encara que no perjudicials per a l'ozó. Per aprofundir en les implicacions d'aquests acords, podeu visitar l'article sobre .
Recuperació i futur de la capa d'ozó
Des de finals del segle XX, els controls internacionals han permès estabilitzar els nivells d'ozó i iniciar-ne la recuperació en moltes àrees del planeta. Per conèixer avenços concrets en aquest procés, consulta l'article sobrerecuperació de la capa d'ozó.
Els models i els mesuraments indiquen que, si es mantenen les polítiques actuals, la capa d'ozó podria retornar als seus nivells previs al 1980 al voltant del 2075, encara que aquest termini pot variar segons l'evolució futura de les emissions i el canvi climàtic.
La recuperació és especialment evident en la reducció de l'extensió i la durada del forat d'ozó antàrtic, encara que les fluctuacions estacionals continuen produint-se.
Tot i això, la vigilància permanent i la reducció de contaminants d'origen humà continuen sent imprescindibles.
Què podem fer per protegir la capa d´ozó?
La protecció de la capa d'ozó depèn de l'acció col·lectiva i de les decisions individuals que prenem al nostre dia a dia. Algunes recomanacions inclouen:
- Comprar productes que indiquin a la seva etiqueta que són lliures de CFCs i de substàncies esgotadores de l'ozó.
- Evitar lús dextintors i aerosols que continguin falons, CFCs i substàncies prohibides.
- Donar preferència a refrigeradors, congeladors i equips d'aire condicionat que facin servir gasos alternatius respectuosos amb l'ozó.
- Reduir lús dautomòbils i optar per mitjans de transport sostenibles.
- Promoure leducació ambiental per conscienciar sobre la importància de protegir la capa dozó.
Curiositats i dades sobre l'ozó i el mesurament
L'ozó va ser descobert el 1840 per Christian Friedrich Schönbein, qui va identificar la seva característica olor durant tempestes elèctriques. Anys més tard, el 1913, els físics francesos Charles Fabry i Henri Buisson van descobrir la capa d'ozó estratosfèric en analitzar l'absorció de la radiació solar.
L'ozó té una química peculiar: és molt reactiu i, encara que es considera essencial a l'estratosfera, pot ser perillós a la superfície terrestre.
Els mesuraments moderns, amb dispositius com els espectrofotòmetres Dobson i les ozonosones, han permès conèixer amb gran exactitud la distribució vertical i horitzontal de l'ozó a l'atmosfera.
La relació entre l'ozó i el canvi climàtic
L'ozó, a més del paper com a filtre de radiació ultraviolada, és també un gas d'efecte hivernacle, capaç d'absorbir i emetre radiació infraroja. A l'estratosfera, la seva funció principal és escalfar aquesta capa i protegir-nos de l'UV. A la troposfera, però, contribueix a l'escalfament global i afecta negativament la qualitat de l'aire.
A més, molts dels substituts dels CFCs, com els HFCs, encara que no fan malbé l'ozó, sí que contribueixen a l'escalfament global.
Aquest doble paper fa que la protecció de la capa d'ozó i la lluita contra el canvi climàtic hagin d'anar de la mà, promovent tecnologies alternatives que siguin segures per a tots dos reptes.
Fenòmens associats: núvols polars estratosfèrics i dinàmica atmosfèrica
Durant els hiverns polars, es formen a l'estratosfera uns núvols especials coneguts com a núvols polars estratosfèrics, constituïts per gel i àcid nítric. Aquests núvols proporcionen la superfície necessària perquè es produeixin reaccions químiques que alliberen clor i brom reactiu, accelerant la destrucció de l'ozó quan torna la llum del sol a la primavera.
La circulació atmosfèrica, especialment els vents estratosfèrics, és clau per al transport de molècules d'ozó des de la zona de més producció (l'equador) cap a latituds mitjanes i polars. Els canvis en la dinàmica atmosfèrica, ja sigui per causes naturals o antròpiques, poden influir de manera important en la distribució i la recuperació de l'ozó.
El futur de la investigació sobre l'ozó
La ciència de l'ozó continua evolucionant per entendre tots els factors que n'afecten la distribució, la recuperació i la relació amb el clima global. Nous satèl·lits i models predictius milloren la nostra capacitat d'anticipar les possibles amenaces emergents, com ara l'aparició de nous compostos químics o l'impacte del canvi climàtic.
El seguiment constant i la cooperació internacional són imprescindibles per garantir lèxit de les polítiques de protecció de la capa dozó.
La capa d'ozó, encara que fina i aparentment fràgil, és un dels tresors naturals més grans del nostre planeta. Al llarg de les darreres dècades, hem après a valorar-ne la importància ia prendre mesures per evitar-ne la destrucció. La combinació de la conscienciació ciutadana, les polítiques globals i la innovació tecnològica ens permetrà avançar cap a un futur més segur i sostenible, protegint la vida a la Terra sota aquest autèntic escut blau invisible.
