La capa d'ozó exerceix un paper fonamental en la protecció de la vida sobre la Terra, actuant com un escut natural davant de la radiació ultraviolada (UV) procedent del Sol. Entendre la composició, les complexes reaccions químiques que hi tenen lloc i els factors que influeixen en la seva estabilitat és clau per comprendre tant la seva rellevància ambiental com els riscos associats al seu deteriorament.
Des del descobriment de la capa d'ozó i els avenços científics sobre la seva química ambiental, la preocupació social i política ha anat augmentant, impulsant tractats internacionals i modificacions en els hàbits de consum i producció. A continuació, us presentem una guia detallada i exhaustiva, en un llenguatge proper i completament renovat, sobretot el que necessiteu saber sobre la química de la capa d'ozó, la seva composició, els mecanismes de formació i destrucció, i els reptes actuals i futurs que enfronta.
¿ Què és l'ozó i on és?
L'ozó (O3) és una forma al·lotròpica de l'oxigen, constituïda per tres àtoms d'aquest element. És un gas incolor o lleugerament blavós en altes concentracions i destaca per la seva forta olor característica, perceptible fins i tot en molt petites quantitats després d'una tempesta elèctrica o en certes condicions ambientals. L'ozó juga rols molt diferents segons el lloc de l'atmosfera on es troba, cosa que fa necessari distingir entre dues grans ubicacions: l'estratosfera i la troposfera.
A l'estratosfera, entre els 15 i 50 km d'altitud, es troba al voltant del 90% de l'ozó present a tota l'atmosfera. Aquesta zona s'anomena habitualment capa d'ozó, vital per a la vida a la Terra, ja que filtra les radiacions ultraviolada perjudicials. Si tot l'ozó estratosfèric es comprimís a la pressió del nivell del mar, el seu gruix seria de només 3 mm, però aquesta capa fina és indispensable per protegir-nos de problemes com el càncer de pell o les cataractes oculars.
A la troposfera, és a dir, des de la superfície fins aproximadament 15-18 km d'altitud, l'ozó és considerat un contaminant secundari. Aquí, lluny de protegir-nos, pot provocar irritacions, problemes respiratoris i contribuir al smog fotoquímic, un dels principals problemes de contaminació atmosfèrica a les grans ciutats i zones industrials.
Propietats químiques i físiques de l'ozó
L'ozó és un dels oxidants més potents presents a la natura. Es tracta d´una molècula inestable, ja que els seus tres àtoms d´oxigen tendeixen a separar-se fàcilment, tornant a la forma diatòmica (O2). La seva densitat és de 2,14 kg/m³ i és altament soluble en aigua —encara que molt menys estable que a l'aire, amb una vida mitjana d'aproximadament 20 minuts davant de les 12 hores que pot durar com a gas ambient.
El seu punt de fusió és de -192 ºC i el seu punt d'ebullició -112 ºC, i es torna blavós en altes concentracions. Com que és un oxidant molt fort, l'ozó reacciona ràpidament amb altres molècules i compostos, especialment aquells que contenen nitrogen, compostos orgànics volàtils o halògens com el clor i brom.
El cicle de l'ozó a l'estratosfera: formació i destrucció natural
El coneixement sobre els mecanismes de formació i destrucció d'ozó estratosfèric va ser consolidat pel físic Sydney Chapman el 1930, a través d'una sèrie de reaccions fotoquímiques conegudes com el cicle de Chapman. Aquest cicle explica com, en condicions naturals, la quantitat d'ozó es manté relativament constant gràcies a l'equilibri entre la formació i la destrucció.
Formació d'ozó estratosfèric: Tot comença quan la radiació ultraviolada d'alta energia (longitud d'ona menor a 240 nm, categoria UV-C) incideix sobre molècules d'oxigen (O2). Aquesta radiació suficientment energètica trenca (dissòcia) les molècules d'O2 en àtoms d'oxigen individuals (O).
- O2 + radiació UV → O + O
- O+O2 + M → O3 +M (on M és qualsevol molècula neutra, generalment N2 a O2, que absorbeix l'excés d'energia i estabilitza la molècula d'ozó).
Per tant, la zona de major producció d'ozó és l'estratosfera equatorial, ja que és on incideix més intensament la radiació ultraviolada. Tot i això, els vents estratosfèrics distribueixen l'ozó cap a latituds polars.
Un cop format, l'ozó absorbeix la radiació UV-B, cosa que porta a la seva descomposició a O2 i un àtom d'oxigen, en una reacció inversa:
- O3 + radiació UV → O2 +O
En condicions naturals, l'oxigen atòmic també pot reaccionar amb l'ozó per formar dues molècules d'oxigen diatòmic:
- O3 + O → 2 O2
Aquest conjunt de reaccions manté la concentració d'ozó equilibrada sempre que no entrin en joc factors externs que alterin aquest balanç. Aquest delicat equilibri, però, és fàcilment alterable per l'acció de certes molècules i radicals introduïts per l'activitat humana.
Pots ampliar sobre com es forma la capa d'ozó en aquest article.
Importància ecològica de la capa d'ozó
La capa d'ozó és essencial per a la vida tal com la coneixem. Actua com un escut que filtra la major part de la radiació ultraviolada-B i C del Sol, evitant que arribin a la superfície terrestre. Sense aquest filtre natural, la radiació UV seria letal per a la majoria dels éssers vius i afectaria tant els ecosistemes terrestres com aquàtics.
Entre les conseqüències d'un augment de radiació UV-B pel deteriorament de la capa d'ozó destaquen:
- Increment de casos de càncer de pell i cataractes en humans.
- Alteració del sistema immunològic, propiciant un augment de malalties.
- Reducció de la productivitat agrícola i forestal a causa de danys en cultius i boscos.
- Afectació dels ecosistemes aquàtics, especialment d'organismes planctònics sensibles a la radiació.
- Pertorbacions a la cadena tròfica i la fotosíntesi en organismes vegetals.
A més, l'ozó estratosfèric és responsable de l'augment de la temperatura a l'estratosfera, en absorbir la radiació UV i transformar-la en calor, cosa que determina l'estructura tèrmica de l'atmosfera terrestre i l'estabilitat climàtica.
Ozó troposfèric: el contaminant oblidat
En contraposició a l'ozó estratosfèric, l'ozó present a la troposfera és un contaminant secundari creat per reaccions fotoquímiques entre òxids de nitrogen (NOx), compostos orgànics volàtils (COVs) i l'acció de la llum solar. Aquests precursors provenen principalment del trànsit rodat, processos industrials i emissions biogèniques.
L'ozó troposfèric:
- Contribueix a la formació de smog fotoquímic, especialment a l'estiu i en zones anticiclòniques.
- És tòxic per a la salut humana, provocant irritació d'ulls, gola, problemes respiratoris i agreujant malalties com l'asma.
- Provoca danys a la vegetació i redueix el rendiment de cultius.
- Contribueix a l'escalfament global com a gas defecte hivernacle.
Els seus nivells augmenten durant les hores centrals del dia, especialment a zones rurals ia la perifèria de les grans urbs, ja que aquí és on hi ha menys trànsit i, per tant, menys consum de l'ozó generat.
Destrucció de la capa d'ozó: causes i conseqüències
Durant gran part del segle XX es pensava que l'equilibri del cicle de l'ozó era inalterable. No obstant això, la introducció de noves substàncies químiques, especialment els compostos clorofluorocarbonats (CFCs), falons i bromurs, va alterar radicalment aquest balanç.
Els CFCs –compostos amb clor i fluor–, usats extensament en refrigeració, aire condicionat, aerosols i escumes, van resultar ser summament estables i capaços d'assolir l'estratosfera sense degradar-se. Un cop allà, la radiació ultraviolada els descompon, alliberant àtoms de clor i brom extremadament reactius.
Un sol àtom de clor pot destruir fins a 100.000 molècules d'ozó abans de ser eliminat per processos atmosfèrics. Aquestes reaccions es produeixen en cicles catalítics, on el catalitzador (l'halogen) surt íntegre i pot continuar destruint més ozó:
- Cl + O3 → ClO + O2
- ClO + O → Cl + O2
El cicle torna a començar, generant un dany multiplicat al llarg del temps.
Podeu consultar en què consisteix la destrucció de la capa d'ozó.
El forat de la capa d'ozó
A partir de la dècada dels 80, els satèl·lits i les estacions de mesurament a l'Antàrtida van detectar una preocupant disminució del gruix de la capa d'ozó durant la primavera austral. Es van assolir descensos de fins a un 70% a la concentració d'ozó sobre el Pol Sud durant setembre i octubre.
El terme “forat d'ozó” s'empra per anomenar les zones on el contingut d'ozó total cau per sota de 220 Unitats Dobson (UD). Les imatges satel·litàries mostren com, cada primavera, gran part de l'Antàrtida queda coberta per aquesta “zona de buit”, afectant fins i tot regions poblades de l'hemisferi sud.
El forat d'ozó ha arribat a abastar durant diverses setmanes superfícies superiors a 25 milions de km2, gairebé el doble del continent antàrtic. Al setembre de 2006, es va arribar a registrar el valor històric més baix, amb només 85 UD sobre la regió oriental de l'Antàrtida.
Més detalls sobre l'evolució del forat d'ozó.
Impactes en la salut i els ecosistemes
La disminució de l'ozó estratosfèric comporta greus conseqüències per a la salut pública i el medi ambient. La radiació ultraviolada-B que no és filtrada pot penetrar fins a la superfície, augmentant la incidència de:
- Càncer de pell (melanoma i no melanoma)
- Cascades i danys oculars
- Supressió del sistema immunològic
- Reducció en el rendiment de cultius sensibles i alteracions als cicles dels ecosistemes aquàtics
- Problemes a la vida marina, especialment en etapes larvàries de fitoplàncton i peixos
A la troposfera, la presència d'ozó està associada a problemes respiratoris i cardiovasculars, especialment en grups vulnerables com a gent gran, nens, embarassades o persones amb malalties cròniques.
La Unió Europea i l'Organització Mundial de la Salut han establert límits per a l'exposició a l'ozó ambient, i han recomanat no superar els 100 µg/m3 com a mitjana diària, ja que concentracions més grans poden provocar des de tos i irritació fins a reducció de la funció pulmonar i major mortalitat en persones sensibles.
Reaccions químiques clau en la destrucció de l'ozó
La destrucció accelerada de l'ozó a l'estratosfera es deu fonamentalment a cicles catalítics en què participen espècies químiques reactives. Aquestes reaccions són essencials per entendre com es produeix la pèrdua d'ozó i quins agents les acceleren.
- Radicals halogenats (Cl, Br, ClO, BrO)
- Radicals de nitrogen (NO, NO2)
- Radicals hidroxil (OH) i peroxil (HO2)
Les que tenen més impacte en la destrucció de l'ozó són les reaccions associades al ClO i BrO. Els cicles catalítics permeten que una mateixa molècula de clor o brom destrueixi milers i fins i tot fins a 100.000 molècules d'ozó abans de ser remoguda o neutralitzada.
Pots consultar sobre les capes de l'atmosfera i la seva influència a l'ozó.
Mesura i monitoratge de la capa d'ozó
El mesurament de l'ozó a l'atmosfera es realitza fonamentalment mitjançant el paràmetre Unitat Dobson (UD), que expressa l'espessor que ocuparia l'ozó total si es comprimís a condicions normals de pressió i temperatura. Una UD equival a 2,69 × 1020 molècules d'ozó per metre quadrat.
Els perfils verticals de l'ozó s'obtenen amb ozonosones i satèl·lits equipats amb espectrofotòmetres, com el GOMOS instal·lat a l'Envisat. Els valors normals varien entre 200 i 500 UD, amb una mitjana global propera a les 300 UD.
Accions internacionals: el Protocol de Montreal i l'Esmena de Kigali
La gravetat del problema de l'esgotament de la capa d'ozó va provocar una acció internacional sense precedents. El 1985 es va signar el Conveni de Viena per a la protecció de la capa d'ozó, obrint el camí a l'adopció del Protocol de Montreal el 1987. Gairebé tots els països del món han ratificat els acords que prohibeixen o regulen estrictament la producció i el consum de substàncies que esgoten l'ozó (SAO).
L'èxit del Protocol de Montreal ha estat rotund: l'eliminació progressiva dels CFCs, falons i altres compostos va permetre aturar el descens i començar la recuperació de la capa d'ozó des de principis del segle XXI. Tot i així, hi ha substituts com els HCFC i els HFC que continuen requerint regulació addicional, especialment per la seva capacitat de contribuir a l'escalfament global.
La cooperació internacional ha estat clau per protegir la capa d'ozó.
Recuperació de la capa d'ozó i perspectives de futur
Els darrers mesuraments mostren una tendència positiva cap a la recuperació de la capa d'ozó, encara que aquest procés serà lent a causa de la llarga vida dels compostos emissors a l'atmosfera. S'estima que, si continuen les polítiques actuals, es podria assolir una recuperació completa dels nivells pre-1980 al voltant de l'any 2075.
El canvi climàtic també influeix en la recuperació, ja que laugment de gasos defecte hivernacle podria modificar la circulació estratosfèrica i la temperatura, afectant la distribució de lozó. La cooperació internacional i les polítiques ambientals estrictes són essencials per mantenir i accelerar aquesta tendència.
Què podem fer com a ciutadans per protegir la capa d'ozó
Tots podem contribuir a tenir cura de la capa d'ozó mitjançant petites accions quotidianes i l'adopció d'hàbits responsables:
- Tria productes etiquetats com a “lliures de CFC” o “amigables amb la capa d'ozó”.
- Prefereix extintors i sistemes de refrigeració que no continguin falons, CFCs ni HCFCs.
- Evita l'ús d'aerosols amb propel·lents nocius; hi ha fórmules en crema, barra o esprai mecànic.
- Mantingues els teus equips de refrigeració i aire condicionat en bon estat i acudeix a tècnics acreditats per al seu manteniment.
- No utilitzis bromur de metil per a fumigació domèstica o agrícola.
- Redueix l´ús del cotxe, utilitza transport públic, camina o recorre a la bicicleta.
- Comparteix la importància del tema al teu cercle familiar, educatiu i laboral.
- Participa en campanyes i activitats per conscienciar sobre la protecció del medi ambient.
El paper de leducació i la conscienciació social
L'educació ambiental és un element clau per assolir la protecció de la capa d'ozó. Informar i formar les noves generacions sobre la importància d'aquest escut natural, els riscos associats al seu deteriorament i les accions necessàries per prevenir-lo és essencial per evitar que es repeteixin els errors del passat.
Les institucions educatives, els mitjans de comunicació i les organitzacions socials tenen un paper fonamental en la difusió dinformació i la generació de consciència col·lectiva.
Cada persona informada suma a la defensa del nostre planeta.
La química de la capa d'ozó és una mostra de la complexitat i la fragilitat dels grans sistemes ambientals que sostenen la vida. Tot i que els desafiaments han estat enormes, la humanitat ha demostrat que la cooperació internacional i el compromís ciutadà poden revertir tendències perilloses. Tot i això, l'èxit no està garantit: dependrà de mantenir la vigilància, la innovació i la responsabilitat compartida en cada decisió que afecti el nostre entorn.