La capa de ozono es uno de los temas más fascinantes y relevantes de la ciencia ambiental actual. Aunque, a simple vista, pueda parecer una cuestión reservada para científicos y meteorólogos, su grosor, sus variaciones y la importancia de su conservación tienen implicaciones directas en la vida cotidiana de todos nosotros. Desde la protección frente a la radiación ultravioleta hasta su influencia en la salud humana y los ecosistemas, comprender la capa de ozono es fundamental para evaluar los riesgos a los que se expone el planeta y las soluciones que podemos implementar.
En las próximas líneas te sumergirás en un recorrido completo que abarca la naturaleza física de la capa de ozono, cómo se mide y monitoriza, cuáles son las principales amenazas a su integridad, la evolución histórica de su estado y los logros –y retos pendientes– en su protección. Además de repasar las bases científicas, descubrirás cómo se producen las variaciones a lo largo del tiempo y del espacio, qué instrumentos se utilizan para medirla y, sobre todo, por qué preservar esta capa gaseosa resulta crucial para la continuidad de la vida en la Tierra.
¿Qué es la capa de ozono y por qué es vital?
La capa de ozono es un área de la atmósfera terrestre, ubicada principalmente en la estratosfera, donde se concentra la mayor parte de ozono atmosférico. Este gas, cuya fórmula química es O3, está compuesto por tres átomos de oxígeno y presenta propiedades únicas que lo diferencian del oxígeno común (O2).
Se extiende aproximadamente entre los 15 y los 40 kilómetros de altitud sobre la superficie terrestre, alcanzando su mayor concentración alrededor de los 25 kilómetros. Sin embargo, si se comprimiría todo el ozono de la estratosfera a presión ambiental, formaríamos una lámina muy fina de entre 2 y 3 milímetros de grosor, un dato sorprendente si consideramos su gran papel protector.
La función principal de la capa de ozono es filtrar y absorber la mayor parte de la radiación ultravioleta (UV-B y UV-C) que procede del Sol. Sin esta barrera natural, la radiación dañina llegaría sin obstáculos a la superficie terrestre, provocando efectos devastadores: aumento de enfermedades como el cáncer de piel, cataratas, daños en cultivos, afectación de la vida marina y alteraciones en los ecosistemas terrestres y acuáticos.
La existencia misma de la vida en la Tierra, tal y como la conocemos, depende de este delicado escudo gaseoso. Por eso, cualquier alteración relevante en su grosor o composición repercute de forma directa en la salud ambiental y humana.
Formación y destrucción del ozono estratosférico
La formación y destrucción del ozono en la estratosfera es un proceso dinámico, resultado de complejos equilibrios químicos y físicos impulsados principalmente por la radiación solar ultravioleta.
El ozono se genera cuando la radiación UV de longitud de onda menor a 240 nm incide sobre las moléculas de oxígeno (O2). Esta energía «rompe» las moléculas, separando los átomos, que posteriormente se unen con otras moléculas de oxígeno para formar ozono (O3). Este mecanismo fue descrito por Sydney Chapman en 1930 y es conocido como el Ciclo de Chapman.
La reacción esencial puede resumirse así: la luz solar descompone el oxígeno molecular en átomos individuales y, posteriormente, estos átomos se recombinan con O2 para generar ozono (O3). El ozono, a su vez, puede ser destruido por la radiación UV de especificidad más baja, liberando oxígeno molecular y átomos de oxígeno. Esta reacción de ida y vuelta mantiene el equilibrio natural de la capa de ozono, siempre que no existan perturbaciones externas.
Otros factores, como la presencia de compuestos halogenados (por ejemplo, los clorofluorocarbonos, CFC, y halones) o el aumento del contenido de óxidos de nitrógeno (NOx), pueden impulsar reacciones catalíticas que aceleran la destrucción del ozono.
En regiones polares, especialmente durante la primavera antártica, se produce lo que conocemos como el “agujero de ozono”. En estas áreas, contribuyen factores como bajas temperaturas, formación de nubes estratosféricas polares y la acumulación de compuestos halogenados, que desencadenan una destrucción masiva y estacional de la capa.
Importancia ecológica y para la salud
El papel de la capa de ozono en la preservación de la vida es esencial e insustituible. Al absorber más del 97% de la radiación UV-B y casi la totalidad de la UV-C, evita que alcancen la superficie terrestre dosis letales de radiación solar. De esta manera, la capa protege a los seres vivos de:
- Cáncer de piel: La exposición a radiación UV sin filtro aumenta el riesgo de melanomas y otros tumores cutáneos.
- Cataratas y daños oculares: La radiación UV puede causar afecciones oculares graves, llegando incluso a la ceguera.
- Inmunodepresión: Hay evidencias de que una mayor exposición a UV-B disminuye la eficacia del sistema inmune en humanos y animales.
- Alteraciones sobre los ecosistemas: La reducción de la capa puede afectar la fotosíntesis y alterar las cadenas alimenticias en mares, lagos, ríos y bosques.
- Impacto agrícola: El incremento de radiación afecta negativamente la productividad y calidad de los cultivos.
La capa de ozono también desempeña un papel relevante en las dinámicas climáticas, ya que al absorber radiación UV, contribuye al calentamiento de la estratosfera y regula la temperatura atmosférica global.
¿Cómo se mide el grosor y la concentración de la capa de ozono?
El “grosor” de la capa de ozono no se expresa como un espesor físico directo, sino como una medida de la cantidad de ozono presente a lo largo de una columna vertical de la atmósfera. La forma estándar es la Unidad Dobson (UD), que representa la cantidad de ozono que, comprimido a condiciones normales de presión y temperatura, formaría una capa de 0,01 mm de grosor.
Se considera que un valor medio global de ozono en la atmósfera ronda las 300 UD, aunque existen variaciones según la localización geográfica y la estación del año. Por ejemplo, en los polos (especialmente durante la primavera antártica) los valores pueden desplomarse por debajo de 150-220 UD durante los episodios de agujero de ozono.
La medición se realiza a través de instrumentos específicos:
- Espectrofotómetros Dobson y Brewer: Son dispositivos ópticos que miden la radiación ultravioleta procedente del Sol antes y después de atravesar la atmósfera. Así, se calcula la concentración total de ozono en columna.
- Ozonosondas: Son globos meteorológicos equipados con sensores que, a medida que ascienden, registran datos sobre la concentración de ozono según la altitud.
- Satélites meteorológicos: Equipados con sensores avanzados, permiten mapas globales y análisis históricos sobre la distribución y evolución de la capa de ozono.
Centros meteorológicos y de investigación como la Agencia Estatal de Meteorología (AEMET) en España, o el Observatorio de Izaña en Canarias, son referencia internacional en la monitorización del ozono atmosférico. Estas instituciones trabajan en red, compartiendo datos globalmente y facilitando la evaluación en tiempo real del estado de la capa.
Variaciones del grosor: causas naturales y antrópicas
El grosor y la concentración de la capa de ozono varían de forma natural a lo largo del año, entre diferentes regiones y también por motivos de origen humano.
Entre las causas naturales destacan:
- Latitud y estación: Las zonas polares suelen registrar valores menores en primavera debido a procesos fotoquímicos específicos. Las regiones ecuatoriales, al recibir mayor radiación UV, experimentan una mayor producción de ozono.
- Actividad solar: Cambios en la radiación solar, ciclos solares y erupciones afectan temporalmente la producción y destrucción de ozono.
- Procesos meteorológicos: Ondas planetarias, vórtices polares y otros fenómenos de circulación atmosférica influyen en la distribución y transporte del ozono estratosférico.
- Erupciones volcánicas: La eyección de partículas y gases puede disminuir puntualmente el ozono por varias vías químicas.
La principal amenaza para el equilibrio de la capa de ozono proviene de las actividades humanas. El uso y emisión continuada desde mediados del siglo XX de sustancias químicas halogenadas, especialmente CFC y halones, son responsables de la pérdida acelerada del ozono en grandes regiones del planeta.
Estas sustancias, una vez emitidas a la atmósfera, pueden tardar años en alcanzar la estratosfera, donde la radiación UV las descompone, liberando átomos de cloro y bromo extremadamente reactivos. Estos átomos destruyen el ozono mediante reacciones catalíticas en las que una sola molécula puede eliminar hasta 100.000 moléculas de O3 antes de ser neutralizados.
El proceso de destrucción del ozono por compuestos halogenados
La destrucción catalítica del ozono por compuestos clorados y bromados es la ruta más significativa de agotamiento de la capa en las últimas décadas. Las moléculas responsables son mayormente los clorofluorocarbonos (CFC), hidroclorofluorocarbonos (HCFC), halones, tetracloruro de carbono y metilcloroformo, entre otros.
El mecanismo principal se basa en que, tras alcanzar la estratosfera, estas sustancias sufren fotólisis debido a la radiación UV, liberando átomos de cloro o bromo. Posteriormente, participan en reacciones cíclicas con el ozono:
- El átomo de cloro reacciona con una molécula de ozono, formando monóxido de cloro (ClO) y oxígeno molecular.
- El monóxido de cloro reacciona con un átomo de oxígeno, liberando nuevamente cloro y cerrando el ciclo.
De manera similar, los compuestos bromados, como los halones y el bromuro de metilo, siguen rutas similares y, de hecho, son aún más efectivos en la destrucción del ozono. Un solo átomo de bromo puede ser hasta 45 veces más efectivo que uno de cloro.
Las reacciones se intensifican en las regiones polares durante el invierno y la primavera, debido a la presencia de nubes estratosféricas polares. Estas nubes proporcionan superficies para que compuestos normalmente inactivos se transformen en especies altamente activas, listas para destruir el ozono cuando vuelve la radiación solar al final del invierno.
El fenómeno del agujero de ozono
El “agujero de ozono” se refiere a una región –principalmente sobre la Antártida– donde el contenido de ozono total cae por debajo de 220 UD durante la primavera austral (de agosto a noviembre).
Este fenómeno se detectó inicialmente en las décadas de los 70 y 80 mediante observaciones de campo y satelitales. Su aparición y evolución están relacionadas con:
- El aislamiento atmosférico del vórtice polar: Durante el invierno austral, una corriente en chorro separa el aire de la Antártida del resto del planeta, permitiendo que se acumulen bajas temperaturas y se formen nubes estratosféricas polares.
- La presencia de compuestos halogenados: Estos se transforman, en las superficies de las nubes polares, en formas altamente reactivas que inician la destrucción intensiva en cuanto aparece la luz solar.
El área del agujero de ozono ha llegado a superar los 25-29 millones de kilómetros cuadrados en algunos años, más del doble de la superficie del continente antártico. Aunque este fenómeno es más intenso sobre la Antártida, también se han observado episodios, menos acusados, en el Ártico.
El impacto de este fenómeno ha sido especialmente preocupante en regiones australes como Argentina y Chile, donde el aumento de radiación ultravioleta ha provocado alertas de salud, daños en cultivos y afectación a la fauna.
Evolución histórica, vigilancia y recuperación
Desde los primeros indicios de destrucción acelerada en los años 70, la comunidad científica internacional, agencias gubernamentales y organismos multilaterales han intensificado la vigilancia y el estudio del estado de la capa de ozono.
El seguimiento se realiza mediante:
- Redes de espectrofotómetros y ozonosondas: Repartidos por todo el mundo, recogen datos en tiempo real y forman parte de consorcios internacionales como el World Ozone and UV Data Centre (WOUDC).
- Satélites meteorológicos: Permiten el monitoreo global y detallado de la capa, identificando tendencias, anomalías estacionales y la evolución de agujeros de ozono.
- Centros de investigación regionales: Como el Observatorio de Izaña (España), que lidera campañas de calibración y tecnología de vanguardia en la medición del ozono.
España destaca en el ámbito europeo por su red de instrumentos e iniciativas como la co-lideranza de la red EUBREWNET, dedicada a facilitar datos homogéneos y de calidad sobre ozono y radiación UV. Además, cuenta con más de veinticinco estaciones de medida y un sistema de predicción del índice ultravioleta para todos los municipios del país.