Agujeros de la capa de ozono

El agujero de ozono en la Antártida registrado en 2000. Foto: TOMS/NASA

José Manuel Sánchez Ron aborda la situación que vive el agujero de la capa de ozono en la Antártida, que, según un estudio de la Universidad de Santiago de Chile, ha alcanzado un tamaño récord. "Las observaciones realizadas han demostrado que el aire tarda siente años en circular de los trópicos a la Antártida".

Se ha vuelto a hablar de la capa de ozono a raíz del anuncio en diciembre, por parte de investigadores de la Universidad de Santiago de Chile, de que el agujero de la capa de ozono sobre la Antártida ha alcanzado un tamaño record: a comienzos de octubre de 2015 su extensión superaba los 28,2 millones de kilómetros cuadrados (km2), un área mayor que Norteamérica. Y aunque el tema de los agujeros en la capa de ozono dista de ser nuevo, lo que ha sucedido aconseja volver a él.

El ozono (O3) es una molécula formada por tres átomos de oxígeno, y el que es relevante en este problema es el que se encuentra en la estratosfera, la zona de la atmósfera situada entre los 10 y los 50 kilómetros de altura. Ese ozono se forma por la acción de la radiación ultravioleta (UV) procedente del Sol, una radiación peligrosa para la vida terrestre ya que puede producir en los humanos cáncer de piel, cataratas y afectar a los sistemas inmunitarios. Lo que hace la radiación UV es disociar las moléculas del oxígeno, O2, con lo que uno de estos átomos liberados puede combinarse con otra molécula de O2 y formar ozono. Este proceso es beneficioso para nosotros porque la cantidad de radiación ultravioleta que nos llega se ve así reducida. Ahora bien, sucede que la radiación UV también destruye el ozono, mediante un proceso inverso al descrito anteriormente. De manera que para que no aumente la radiación UV en la superficie terrestre, es vital que se mantenga un equilibrio entre los dos procesos.

La pregunta es ¿cómo es posible que el agujero en la capa de ozono sobre la Antártida haya alcanzado ahora un tamaño record? ¿No estábamos en la senda correcta desde que en 1974 Sherwood Rowland y Mario Molina anunciasen el peligro que para la capa de ozono representa el cloro derivado de los gases denominados clorofluorocarbonos (CFC) utilizados, por ejemplo, en los procesos de refrigeración y en los aerosoles?, una predicción que se confirmó en 1985, cuando se detectó sobre la Antártida una importante disminución de ozono (de alrededor del 30 por ciento) durante la larga noche polar. Investigaciones posteriores, en las que se encontraron átomos de cloro en la estratosfera, demostraron que este "agujero" en la capa de ozono se debía, efectivamente a los CFC que, por acción de la radiación ultravioleta, se disocian, liberando el cloro, que es un destructor de ozono al que convierte en O2, a la vez que genera el radical libre óxido de cloro (ClO) que al reaccionar con otro átomo de ozono hace que (y esto es muy importante) se regenere el cloro volviendo a actuar.

Como consecuencia de este estudio, en 1987 la ONU redactó el denominado Protocolo de Montreal, que reclamaba una reducción del 50 por 100 en las emisiones de CFC para 1999. Posteriormente, en 1992 se acordó que el 1 de enero de 1996 entrase en vigor la prohibición de su producción. Las mediciones realizadas a comienzos del siglo XXI confirmaron que la concentración de CFC en la atmósfera había dejado de aumentar. Las previsiones actuales son que se recuperarán los niveles de ozono de 1980 hacia 2070, ya que los gases CFC se mantienen en la atmósfera durante mucho tiempo.

Pero ¿por qué se producen variaciones tan importantes en la cantidad de ozono? Y ¿cómo es posible que unos gases producidos especialmente en el hemisferio norte, por los países desarrollados, se manifiesten de la manera que lo hacen en la Antártida? La respuesta a estas preguntas se encuentra en la circulación de las corrientes de aire que tienen lugar en la atmosfera. Nadie anticipó que la dinámica de la disminución de la capa de ozono se rigiera por la interacción entre lo que sucede en la estratosfera y los singulares procesos meteorológicos y físicos que tienen lugar en la Antártida. Explicado brevemente, el transporte atmosférico de los CFC sigue lo que se conoce como la "circulación de Brewer-Dobson", el flujo lento en la baja estratosfera de las partículas, que empieza en las zonas ecuatoriales, y acaba en las zonas polares. Es en la estratosfera, en especial a partir de los 24 kilómetros, cuando el cloro presente en los CFC se disocia y comienza el proceso de destrucción del ozono.

Ahora bien, la corriente de aire ascendente de la circulación Brewer-Dobson es muy lenta y la mayor parte del aire que penetra en la estratosfera se dirige hacia los polos a alturas inferiores a los 24 kilómetros, la zona de "peligro" (ruptura de los CFC con liberalización del cloro), lo que explica que la vida estable de estos gases sea de entre medio y un siglo. Por otra parte, observaciones realizadas utilizando trazadores han demostrado que el aire tarda siete años en circular de los trópicos a la Antártida. Es decir, que lo que está sucediendo ahora es todavía - y continuará siéndolo durante mucho tiempo- consecuencia de la situación existente cuando se identificó el problema.

Pero aún quedan otras cuestiones, como las variaciones en el tamaño del agujero en la capa de ozono de la Antártida. Esto se debe a que en ausencia de la luz solar el ozono no se genera, aunque sí se puede destruir. Y en este punto hay que tener en cuenta que a finales de marzo el Sol se pone en el Polo Sur, comenzando el largo invierno antártico. Disminuye entonces, por tanto, el ozono, aumentando el tamaño del agujero de su capa (en primavera sucede lo contrario). Es cierto que podría compensarse esta disminución con la llegada de más ozono procedente de las zonas tropicales, que es donde más se genera, transportado por las corrientes de aire Brewer-Dobson, pero las bajas temperaturas de la zona antártica producen una serie de efectos atmosféricos (complejos de explicar) que dan lugar a que un vórtice rodee esta zona, impidiendo que penetre aire de latitudes superiores que compensen la pérdida de ozono.

En definitiva, las bajas temperaturas son otro elemento que contribuye a la disminución de la capa de ozono. Y en el año 2015, la estratosfera antártica ha experimentado temperaturas inusualmente bajas, lo que explica el citado aumento singular del agujero de la capa de ozono.

Otra cuestión interesante es la de por qué es la capa de ozono sobre la Antártida (Polo Sur) la que sufre y no la del Ártico (área que rodea el Polo Norte). La respuesta se encuentra en la temperatura y en la orografía. En la primavera e invierno las temperaturas en la Antártida son mucho menores que en el Ártico: a una altura atmosférica de 20 kilómetros, el área con temperaturas inferiores a 80 grados centígrados bajo cero cubre un área de 25x106 km2 en la Antártida, mientras que raramente sobrepasa los 10x106 km2 en el Ártico. Por otro lado, las grandes montañas del hemisferio norte propician, además de temperaturas más elevadas, el que la circulación Brewer-Dobson sea más intensa, con el resultado de un mayor transporte de ozono a las capas inferiores de la estratosfera ártica y, consecuentemente, una mayor abundancia de ozono.

Como habrán notado, entender la dinámica de los agujeros de la capa de ozono exige recurrir a ramas diferentes de la ciencia. Es un ejemplo de la importancia de la interdisciplinariedad, tema que comentaré la semana próxima.