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CIENCIAS DE LA TIERRA Y DEL MEDIO AMBIENTE |
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Estratosfera Es la capa de la atmósfera que se extiende entre los 15 y los 50 km. La tropopausa, que es la zona que limita la troposfera y la estratosfera es un borde muy claro, pero no está exactamente a los 15 km., sino que oscila entre los 9 y los 18 km. dependiendo de la estación y de la latitud. En esta zona la temperatura aumenta con la altitud debido a la absorción
de radiaciones UV por el oxígeno y el ozono. Esta distribución
de temperaturas origina una "inversión térmica" que dificulta
el movimiento vertical de los gases manteniéndolos perfectamente
estratificados (estratosfera). Formación, destrucción y reacciones del ozono en la estratosfera El ozono está continuamente formándose y destruyéndose
en la estratosfera, en una serie de reacciones, llamadas reacciones de
Chapman, que se pueden simplificar así:
Formación del ozono: Como se observa en la reacción (1), los enlaces de la molécula de oxígeno se pueden romper al absorber la energía de un fotón de radiación ultravioleta de ongitud de onda menor de 240 nm, formando dos átomos de oxígeno libres. En (2) un átomo de oxígeno libre reacciona con una molécula de oxígeno formando una de ozono. Esta reacción suele producirse con la intervención de alguna otra molécula M que no se consume en la reacción. Destrucción del ozono: En (3) se observa que las moléculas de ozono absorben radiaciones ultravioleta de menos de 320 nm, rompiéndose en moléculas de oxígeno más átomos de oxígeno libres. Los átomos de oxígeno libres reaccionan con más moléculas de ozono (4) formándose oxígeno molecular. La reacción (4) es bastante lenta en sí misma, pero diversas substancias como los óxidos de nitrógeno (NO y NO2), el hidrógeno y sus óxidos (H, OH, and HO2) y el cloro y sus óxidos (Cl, ClO y ClO2) actúan como catalizadores acelerando la destrucción del ozono. En esta reacción es donde inciden de forma mas relevante las substancias de origen humano que destruyen la capa de ozono. En conjunto, en condiciones normales, se forma un sistema en equilibrio en el que tantas moléculas de ozono se forman por unidad de tiempo como las que se destruyen, por lo que su concentración permanece constante. El ozone es mucho más raro que el oxígeno normal en la alta atmósfera. De cada 10 millones de moléculas de aire, unos 2 millones son oxígeno normal y sólo 3 moléculas son de ozono. Conversión de radiaciones UV en calor: Otra combinación del sistema de reacciones (2) a (3) está teniendo lugar continuamente en la estratosfera: O3 + hv ----------> O2 + O
(3)
En este conjunto de reacciones el átomo de oxígeno libre formado en las reacciones de tipo (2) encuentra una molécula de oxígeno, lo que es más probable, dada su mayor abundancia, que encontrar una de ozono; y se une a ella formano de nuevo ozono. Este sistema de reacciones es muy interesante porque en (3) se absorben radiaciones de baja longitud de onda, mientras que en (2) no se reemiten radiaciones de ese tipo, sino de mucha mayor longitud de onda, con lo que su resultado global es convertir radiaciones UV en calor. Como se puede observar, en todo el conjunto de reacciones que se relacionan
con el ozono hay una absorción de radiaciones UV cuya eliminación
es muy beneficiosa para la vida sobre la superficie de la Tierra. Niveles del ozono estratosférico y unidades de medida Aunque en total hay unas tres mil millones de toneladas de ozono en la estratosfera, esta cantidad, dado el volumen, hace que sea un gas traza - en concentraciones muy bajas-, incluso en las zonas en las que es más abundante. En términos absolutos se encuentran unas 1012 moléculas por cm3 a los 15 Km, que llegan a ser unas 1013 a los 25 Km y vuelven a bajar a unas 1011a los 45 km. Esto significa en términos relativos a los otros gases que se
encuentran en esas zonas que pasa de unas 0.5 ppm a los 15 km, a unas 8
ppm a los 35 km y cae a unas 3 ppm a los 45 km. El nivel de ozono en la atmósfera se suele medir en Unidades Dobson (DU). Si 100 DU de ozono fueran traídas a las condiciones de presión y temperatura de la superficie de la Tierra formarían una capa de 1 mm de espesor. En las zonas tropicales los niveles de ozono típicos se mantienen
entre 250 y 300 DU a lo largo del año. En las regiones templadas
se suelen dar grandes variaciones de nivel en las distintas estaciones,
con oscilaciones que van desde niveles de 475 DU a menos de 300 DU. En
la zona de la Antártida, durante la formación del "agujero"
de ozono, en la primavera, se han llegado a medir valores tan bajos como
de poco más de 100 DU. Variación y disminución del ozono estratosférico En las concentraciones de ozono influyen diversos factores como los vientos estratosféricos, el ciclo solar, etc.; aunque en proporciones no muy grandes. También algunos incendios y ciertas formas de vida marina producen compuestos con cloro que llegan a alcanzar la estratosfera. Los aerosoles de sulfato estratosféricos introducidos en la estratosfera por las grandes erupciones volcánicas llegan a tener una cierta influencia en algunas zonas. Junto a importantes cantidades de aerosoles introducen además de ciertas cantidades de cloro. En la primavera siguiente a la explosión del Pinatubo en 1991 el agujero de ozono de la Antártida fue un 20% superior a lo normal lo que sugiere, aunque no prueba, que los dos acontecimientos podrían estar relacionados. La influencia de las grandes erupciones volcánicas sobre el total del ozono atmosférico es más modesta (no llega al 3%) y dura sólo unos 2 ó 3 años. Los aerosoles no actúan directamente destruyendo el ozono, sino que aumentan la capacidad destructiva de los átomos de Cloro. Por eso, en ausencia de substancias destructoras del ozono de origen humano, su acción sería mucho menor. De cualquier forma numerosos experimentos muestran que de la disminución del ozono estratosférico las substancias destructoras del ozono de origen humano son responsables de un 85%, mientras que las alteraciones naturales sólo son responsables del 15% restante.
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| Tema10: Contaminación de la atmósfera >> Disminución del ozono estratosférico >> Ozono estratosférico |
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