El espectro solar electromagnético y el agotamiento del ozono estratosférico

Hola apreciados stemiams, STEM-lectores y lectores en general; nuevamente comparto información de interés ambiental, pues, como seres vivos estamos inmersos en los diversos y complejos procesos naturales internos y externos del Planeta. En este sentido, conoceremos sobre la porción del espectro de radiación solar que franquea la capa de ozono y cuál es su repercusión en la biosfera.

La luz visible que penetra la parte superior de la tropósfera y llega a la superficie terrestre, representa solo una pequeña gama de las ondas electromagnéticas que constituyen el espectro electromagnético en su totalidad. El gran filtro de gases atmosféricos que protege a la Tierra, los cuales traté en el post anterior, actúan como receptores fotoquímicos que absorben calor y a su vez permiten ser franqueados por la radiación solar necesaria para la biosfera. Por la evolución y adaptación atmosférica una de las moléculas de gases que conforman este complejo sistema de protección es el ozono (O₃), el cual se encuentra en concentraciones diferentes de la atmósfera de acuerdo a la altitud y zona de influencia del oxígeno, siendo la ozonósfera que está posicionada dentro de la estratósfera donde se agrupa la mayor proporción de estos gases.

Gracias a sus atributos altitudinales comprendidos a partir de 15 kilómetros hasta los 35 kilómetros sobre el nivel del mar, concentra el 90% del ozono atmosférico e impide la penetración del 99% del espectro energético nocivo para los seres vivos; sin embargo, es fundamental para el ciclo atmosférico, representa un insumo esencial para la producción y permanencia de este escudo protector, el O₃. En otras palabras, la capa de ozono se formó y mantiene su equilibrio gracias a los fotones de luz ultravioleta.

En parámetros altitudinales óptimos el O₃ supera los 10 ppm, esto se debe a su ingeniosa capacidad de formación y descomposición molecular. Vale destacar que la disociación molecular del oxígeno es solo uno de los grandes eventos que comprende el enigmático poder de la energía solar. La ruptura de las moléculas de O₂ en primer lugar y posteriormente del O₃, son el engranaje perfecto que absorbe y transforma energía calórica (perjudicial para la biosfera) en un espectro lumínico inocuo.

Ahora bien, la etapa de formación del ozono comprende dos importantes fases fotoquímicas, que a saber son:

1. Separación molecular del oxígeno

Esta ocurre cuando fotones de luz solar cuya onda de longitud (nm) son iguales o inferior a 241 (nm), las cuales concentran más energía por fotón (radiación ultravioleta C) bombardean las moléculas de oxígeno y ocasionan la liberación de los átomos, resultando dos oxígenos atómicos libres que irán en busca de la molécula de O₂ vecina.

2. Reacción del oxígeno atómico con las moléculas de oxígeno

Como se ha visto, la altitud y radiación solar adecuada son esenciales para lograr la transformación molecular de O₂ a O₃; con motivo que en la zona ecuatorial los fotones de luz son más intensos y alcanzan su onda de frecuencia máxima (21 km de altura), es aquí donde hay la mayor producción de ozono al reaccionar el oxígeno atómico con las moléculas de O₂. Este proceso exotérmico opera equilibradamente y la energía eólica se encarga de esparcir el ozono en la ozonósfera; no obstante, la distribución es relativa porque la mayor cantidad de ozono se concentra encima de las regiones polares. Conociendo esto, podemos observar y comprender la función de esta pantalla gigante de gases respecto al espectro electromagnético solar.

Los mecanismos fotoquímicos y sus factores termodinámicos hacen posible que el ozono mantenga de manera natural un equilibrio respecto a su formación, descomposición molecular, transformación y distribución, donde la temperatura y presión adecuada vienen a ser fundamentales. En la presente ilustración se muestra un esquema referencial de la cantidad de ozono, ubicación estacional y algunos elementos de orden antrópico, ambiental y ecológicos.

Hasta aquí hemos repasado o aprendido muchas cosas sobre el ozono atmosférico, también, sobre el impresionante poder creativo y destructivo del espectro solar electromagnético. Así como las moléculas de O₂ y O₃ sufren el abandono de átomos de oxígenos excitados por la influencia fotoquímica, existen otras moléculas catalizadoras contenidas en algunos productos sintetizados por el hombre, que reaccionan en presencia de la luz solar ultravioleta y representan una seria amenaza para el O₃.

Químicos fabricados a escala industrial como los propelentes, espumas, refrigerantes industriales, fumigantes de amplia acción, entre otros... para elevar el bienestar social, reducir costos en diversas operaciones y actividades, elevar ganancias y crear fuentes de empleo; han creado un caos a escala mundial y ponen en apuros a la comunidad científica en general, porque tanto el cloro (Cl) y bromo (Br) una vez que ascienden en la estratósfera reaccionan en presencia de los fotones de luz ultravioleta agresivamente contra las moléculas de O₃, separándolas y creando un ciclo destructivo que está produciendo un agudo adelgazamiento de la capa de ozono. De esta manera:

Los átomos libres de cloro o bromo reaccionan con el ozono para constituir monóxido de cloro o de bromo, tomando un átomo de oxígeno y convirtiendo la molécula de ozono en oxígeno. Las moléculas de monóxido de cloro o bromo reaccionan con los átomos libres de oxígeno, abandonando su átomo de oxígeno "robado" para constituir más oxígeno molecular y átomos libres de cloro o bromo. Los átomos de cloro o bromo así liberados inician nuevamente el proceso atacando otra molécula de ozono... Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente, párr. 2

Con datos confiables tomados con el instrumento OMPS a bordo del satélite Suomi NPP y procesados bajo un avanzado protocolo de sistematización y asimilación de datos, la Administración Nacional de Aeronáutica y Espacio (NASA) mantiene un actualizado registro del comportamiento atmosférico planetario; en el caso del ozono situado en el Hemisferio Sur (o Antártico), se aprecia la disminución, recuperación y pérdida gradual del O₃.
Observe como el color amarillo (representa el ozono) circunda el epicentro del polo, mientras el color azul (ausencia de ozono) refleja oscilaciones que demuestran el deterioro molecular del gas protector. Debido a este desequilibrio, entre 1987 - 1995 se registra un adelgazamiento mayor, siendo la más preocupante la pérdida molecular que se registra entre 1993 - 1995.

Después de las restricciones en la fabricación y uso de sustancias químicas agotadoras del ozono (Protocolo de Montreal 1987), se incrementó el interés por el estudio de la capa de ozono y la cadena de factores vinculantes. En tanto, la principal agencia internacional (NASA) aseguró que una primera prueba muestral registró un descenso de hasta un 20% menos respecto a la destrucción molecular que se venía produciendo en la ozonosfera desde 1976.
Las imágenes reales captadas por el satelite muestran una ligera recuperación, ello debido a la disminución del cloro atómico. Ahora bien, los satélites artificiales se estacionan en el espectro espacial de la exósfera, muy por encima de la estratósfera y hace la captura de imágenes en la parte superior de la capa de ozono y en la toma del 1º de agosto del presente, se percibe una recuperación moderada.

La otra cara de la moneda. En el primer trimestre del año en curso, un reconocido equipo multidisciplinario publica en la prestigiosa revista interactiva de acceso abierto de la Unión Europea de Geociencias, un artículo que parcialmente contraviene los planteamientos científicos de la NASA. Habiendo procesado y validado registros muestrales de ozono bajo un robusto protocolo científico llegan a la conclusión que, en efecto la parte alta (superior) de la capa de ozono muestra un aumento de ozono; sin embargo, sostienen que:

...no se ha observado un aumento claro en latitudes entre 60 °S y 60 °N fuera de las regiones polares (60-90 °). Aquí presentamos pruebas de mediciones satelitales múltiples de que el ozono en la estratosfera inferior entre 60 °S y 60 °De hecho, el N ha seguido disminuyendo desde 1998. Encontramos que, aunque el ozono estratosférico superior se está recuperando, prevalece la tendencia a la baja continua en la baja estratosfera, lo que resulta en una tendencia a la baja en el ozono de la columna estratosférica entre 60 °S y 60 °N... Fuente

El agotamiento del ozono estratosférico es un problema que repercute en toda la biosfera e inclusive con el encadenamiento de eventos directos e indirectos, hasta el ecosistema físico natural, cultural y social no escapan del sombrío eslabón. En el presente mapa conceptual se resumen los principales impactos.

Una sola molécula de cloro atómico ocasiona la destrucción de unas 100.000 moléculas de O₃ antes que cumpla su ciclo vital en la estratósfera.
Aún se fabrican y comercializan en muchos países agroquímicos a base de metilbromuro, siendo el bromo un aniquilador del O₃ al reaccionar poderosamente con las ondas electromagnéticas solares.
Si bien es cierto que el Protocolo de Montreal ha tributado para que disminuya la emisión de sustancias agotadoras del ozono, falta contundencia en las regulaciones y Tratados que impacten positivamente en la raíz del problema. Hasta el momento se han tratado los síntomas.
Muchos ecosistemas prístinos están siendo seriamente afectados y amenazados a consecuencia del adelgazamiento de la capa protectora de la radiación ultravioleta.
La desintegración de los Polos es un asunto de profunda reflexión, los daños directos y colaterales ya hacen eco en la comunidad internacional.
La negativa a aceptar la veracidad de muchas investigaciones ha dejado una profunda huella y pasivo científico que ha afectado a la humanidad y ambiente en general.

Administración Nacional de Aeronáutica y Espacio (NASA). Mapas de ozono. Enlace

Ball, WT, Alsing, J., Mortlock, DJ, Staehelin, J., Haigh, JD, Peter, T., Tummon, F., Stübi, R., Stenke, A., Anderson, J. , Bourassa, A., Davis, SM, Degenstein, D., Frith, S., Froidevaux, L., Roth, C., Sofieva, V., Wang, R., Silvestre, J., Yu, P., Ziemke, JR y Rozanov, EV: Evidencia de una disminución continua en el ozono estratosférico inferior compensando la recuperación de la capa de ozono, Atmos. Chem. Phys., 18, 1379 - 1394 - 1379 - 2018. Enlace

Ciencias de la tierra y del medio ambiente. Ozono estratosférico (Libro electrónico). Enlace

Fisher, Marshali. (1993). La capa de ozono. La tierra en peligro. Editorial Me Graw - Hili. Madrid

Gribbin, Jhon. (1992). El aguiero del cielo. La amenaza humana a la capa de ozono. Alianza Editorial. Madrid.

Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente (PNUMA). ¿Por qué está amenazada la capa de ozono? Enlace

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Recursos

1. Adobe illustrator cc 2018
2. Adobe photoshop cs6 2018
3. Corel DRAW X8
4. iMindMap 9
5. Wondershare Filmora

Agradezco el apoyo de la comunidad científca Steemstem, stem-espanol y colaboradores por el proyecto abanderado en fase de expansión desde la red social steemit.

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