RELACIÓN ENTRE LAS SAO Y EL SISTEMA CLIMÁTICO

CAMBIOS EN LAS CONCENTRACIONES Y EMISIONES DE LAS SAO

Durante el periodo de 1970 a 1990 las concentraciones globales de los CFCs se incrementaron ampliamente, posteriormente, con la implementación del Protocolo de Montreal se han observado grandes reducciones en sus emisiones y en sus concentraciones. Sin embargo, las concentraciones de las sustancias que reemplazan los CFCs, como son los HFCFs y los HFCs han aumentado desde 1990. En la tabla 1, se muestran las concentraciones globales y las tasas de crecimiento o decrecimiento de las mismas para los principales compuestos halogenados, así como la disminución de las concentraciones en ausencia de emisiones.

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En la tabla se observa que las concentraciones más altas son las de los CFCs el HCFC-22 y el HFC-23; la tasa de decrecimiento del CFC-11 es un 60% más baja que la esperada en ausencia de emisiones, pero las emisiones del CFC-12 siguen aumentando, por otro lado, las tasas de crecimiento de los HCFCs y HFCs se mantienen en valores relativamente altos. La producción de la mayoría de los HCFCs y los HFCs es más grande que su emisión, lo cual implica que los almacenamientos de estos compuestos podrían constituirse en potenciales forzantes del clima.

 

CONTRIBUCIÓN DE LAS SAO AL FORZAMIENTO RADIATIVO DEL SISTEMA CLIMÁTICO

Algunos halocarbonos sintetizados por el hombre, como los CFC, HCFC, HFC y los perfluorocarbonos (PFC, compuestos que solo tienen átomos de carbono y fluor, los cuales se caracterizan por una alta estabilidad, baja toxicidad y un ODP de cero) son buenos absorbentes de radiación infrarroja, en parte, porque muchos de ellos absorben energía en la región de longitudes de onda donde la energía no es absorbida por el dióxido de carbono ni el vapor de agua (región denominada como ventana atmosférica, ver Fig. 1). Las moléculas de halocarbonos pueden ser miles de veces más eficientes como absorbentes de energía emitida por la tierra que una molécula de dióxido de carbono y pequeñas cantidades de estos gases pueden contribuir apreciablemente al forzamiento radiativo del sistema climático.

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El forzamiento radiativo es la perturbación del balance radiativo de la atmósfera terrestre entre la radiación solar incidente y la radiación infrarroja saliente, denotado por un cambio en la irradiancia neta en la tropopausa y es expresado en vatios por metro cuadrado (W/m2). Estas perturbaciones se deben a cambios internos o forzamientos externos del sistema climático, como por ejemplo, cambios en la concentración de un Gas de Efecto Invernadero (GEI) o en la radiación emitida por el sol. Un forzamiento radiativo positivo tiende a calentar la troposfera (capa de la atmósfera desde la superficie hasta cerca de 18 Km de altura, en los trópicos) y uno negativo tiende a enfriarla. El agotamiento de la capa de ozono debido a su destrucción por el incremento en las emisiones de halocarbonos desde 1970, ha representado un forzamiento radiativo negativo del sistema climático, ya que, el ozono es un GEI. Por otro lado, el incremento en las SAO ha producido un forzamiento positivo.

El forzamiento radiativo de los GEI y el ozono se presenta en la figura 2 y en la tabla 2 y su magnitud está dada por el producto de su concentración y su eficiencia radiativa (energía absorbida por unidad de concentración W/m2*ppb). El CO2 es el que más ha contribuido al forzamiento radiativo positivo, seguido por el CH4, el ozono troposférico, el N2O y algunos halocarbonos. Otros agentes que contribuyen al forzamiento radiativo son los cambios en los aerosoles troposféricos y en la radiación emitida por el Sol.

Entre las SAO, los CFCs han contribuido al forzamiento radiativo positivo desde el año 1750 con 0,28 W/m2, mientras que los HCFCs con 0,033 W/m2 y los HFCs con 0,007 W/m2. Los incrementos en las concentraciones de los gases halocarbonados entre el año 1970 y el 2000 han contribuido con cerca del 30% del incremento del forzamiento radiativo relacionado a los GEI durante este periodo.

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El efecto radiativo del CO2 y el vapor de agua es calentar el clima superficial y enfriar la estratosfera, mientras que el efecto radiativo de los halocarbonos es calentar la troposfera y la estratosfera debido a su absorción en la ventana atmosférica.

Respecto a los tiempos de vida media relacionados en la tabla 2, se observa que los CFCs son removidos de la atmósfera en rangos entre los 50 y los 100 años, mientras que los HCFCs y los HFCs son removidos mediante procesos de oxidación química y sus tiempos de vida media son inferiores a los 20 años (excepto el HFC-23 cuya vida media es de 270 años). Finalmente, los PFCs que son moléculas muy inertes, tienen tiempos de vida media entre los 1.000 y los 10.000 años contribuyendo en forma permanente al calentamiento del clima.

El potencial de calentamiento global (GWP, por sus siglas en inglés: Global Warming Potentials) es un indicador del efecto radiativo de una sustancia sobre un horizonte de tiempo escogido, teniendo como base al dióxido de carbono. El GWP es más alto para las especies que absorben mayor radiación o tienen grandes tiempos de vida media. El horizonte de tiempo escogido generalmente es de 100 años, queriendo representar el futuro impacto de la sustancia en los próximos 100 años.

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En la tabla 2 se observa que, entre las SAO, los gases que tienen mayores GWP son los PFCs, seguidos por los CFCs, los HCFCs y los HFCs (excepto el HFC-23 que tiene un GWP alto).

En resumen, los CFCs, que son los principales destructores del ozono estratosférico, también realizan un aporte importante al calentamiento de la troposfera (Ver figura 3).

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Una molécula de CFC-12, por ejemplo, tiene un potencial de calentamiento 10 mil veces superior al de una molécula de CO2. Por eso la reducción o eliminación de estas sustancias, contribuirá de paso a la reducción del efecto invernadero y en consecuencia, del calentamiento global.

Por otra parte, el calentamiento de la troposfera (primera capa de la atmósfera por encima de la superficie terrestre) y el enfriamiento de la estratosfera (la capa situada encima de la troposfera), son dos procesos que ocurren de manera paralela: mientras la primera se calienta (como causa y efecto del cambio climático), la segunda se enfría.

¿Y por qué se enfría la estratósfera? Aparentemente, por dos razones:

La primera, por la reducción de la capa de ozono, pues una de las funciones de este gas es absorber energía en forma de radiaciones UV, lo cual incrementa la temperatura de esa porción de la atmósfera donde se encuentra.

Menos ozono = menos absorción de energía = menos calor, o sea, más enfriamiento.

La segunda, porque en la medida en que los gases de efecto invernadero absorben la energía calórica que refleja el suelo e impiden que ésta salga de la troposfera (por eso causan calentamiento troposférico), menos calor le llega a la estratósfera desde abajo, lo cual contribuye a su enfriamiento.

 

PROTOCOLO DE MONTREAL

Desde la era industrial, las emisiones de los gases que destruyen la capa de ozono se han incrementado, pero este aumento ha sido notorio desde mediados del siglo veinte. Varios de estos gases pueden perdurar hasta cientos de años,  favoreciendo el proceso de destrucción del ozono por largos periodos, sin embargo, su  producción y consumo está siendo regulado a nivel mundial bajo el Protocolo de Montreal, sus ajustes y enmiendas (Londres, 1990; Copenhague, 1992; Viena, 1995; Montreal, 1997 y Beijing, 1999).

En septiembre de 1987, se establece el “Protocolo de Montreal relativo a las sustancias que agotan la capa de ozono”, firmado en la actualidad por 180 países, como acuerdo internacional para descontinuar la producción de CFCs, halones y otros químicos y buscar sustitutos más amigables para el ozono. El Protocolo entró en vigor el 1 de enero de 1989, cuando los países  que representaban aproximadamente el 82% del consumo mundial, lo habían ratificado.

El Protocolo propone eliminar la producción de las sustancias más dañinas para la capa de ozono excepto para unos pocos usos críticos, al año 1996 en los países desarrollados y al año 2010 en los países en desarrollo. Como resultado, la concentración total de cloro en la atmósfera inferior que será transportado a la estratosfera ha llegado ya a un máximo. Las concentraciones en la estratosfera llegarán probablemente a un valor máximo al final del decenio (2000-2010) y seguidamente empezarán a disminuir lentamente a medida que los procesos naturales retiren las sustancias que agotan la capa de ozono. Siendo iguales todos los otros elementos, y adhiriéndose a los acuerdos internacionales se prevé que la capa de ozono se recupere aproximadamente en los siguientes treinta años.

En Colombia, la Unidad Técnica Ozono del Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible es la oficina encargada del cumplimiento del Protocolo de Montreal. La principal tarea de la Unidad es la identificación, formulación y ejecución de proyectos de reconversión industrial, de acuerdo con las prioridades sectoriales, técnicas, industriales, ambientales, de la política nacional y las establecidas por el Comité Ejecutivo del Protocolo de Montreal.

 

RELACIÓN OZONO RADIACIÓN UV

El ozono estratosférico es considerado benéfico para los humanos y las diferentes formas de vida, ya que, absorbe la radiación UV procedente del Sol. Si esta radiación no es absorbida y alcanza la superficie de la tierra, pueden incrementarse los casos de cáncer en la piel, cataratas y afectar el sistema inmunológico en los humanos, así como afectar otras formas de vida como plantas, organismos celulares y ecosistemas acuáticos como el plancton. La cantidad de radiación UV-B que llega a la superficie de un lugar, está inversamente relacionada con el ozono total: a menor cantidad de ozono mayor radiación UV-B ingresa a la superficie. Debido a lo anterior, las mayores cantidades de radiación UV-B se reciben en aquellas regiones donde el contenido de ozono es menor.

Las mayores disminuciones en la cantidad de ozono se han observado sobre el continente Antártico, especialmente en los meses de septiembre y octubre, estos han servido como evidencia de la relación entre radiación UV y los niveles de ozono. Además durante los últimos años se han realizado mediciones simultáneas de UV y ozono, lo que ha demostrado fehacientemente tal relación.

La absorción de radiación UV por el ozono también constituye una fuente de calor en la estratosfera, presentándose en esta región un incremento de la temperatura con la altura.

La característica de daño de la radiación ultravioleta es llamada la acción o efecto del espectro. La acción del espectro da una medida de la efectividad relativa de la radiación, sobre un rango de longitudes de onda, en la generación de una respuesta biológica. Estas respuestas son: eritemas o quemaduras producidas por el Sol, cambios en el crecimiento de las plantas, o cambios en el ADN molecular. La línea azul de la figura 4 muestra la acción del espectro para el ADN y representa la probabilidad de daño del ADN por efecto de la radiación UV, para diferentes longitudes de onda. Afortunadamente, dónde el ADN se deteriora fácilmente, el ozono absorbe fuertemente la radiación UV. En las longitudes de onda más largas, dónde el ozono absorbe débilmente la radiación UV, el daño al ADN es poco probable. La línea roja en la figura, muestra el espectro de la radiación UV en la superficie de la Tierra, suponiendo que el ozono está disminuido en un 10%. La respuesta a esta disminución en el ozono, significaría que el daño al ADN por acción de la radiación ultravioleta aumentaría en un 22%, aproximadamente.

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A continuación, se presentan en forma resumida, algunos conocimientos básicos sobre el ozono y su relación con la radiación ultravioleta:

  • El ozono es de vital importancia porque protege la vida del planeta, constituyéndose en el principal filtro de la radiación ultravioleta proveniente del Sol.
  • El ozono se encuentra desde la superficie terrestre hasta una altura aproximada de 70 kilómetros, pero la máxima concentración se presenta entre los 18 y 40 kilómetros, región conocida como la capa de ozono.
  • Los vientos estratosféricos pueden transportar el ozono fuera de la región de producción, alterando de esta manera la distribución básica del ozono; por esta razón, que en los trópicos no se encuentran los mayores valores de ozono en la columna atmosférica.
  • La zona con menor contenido de ozono total en el ámbito mundial, es la zona tropical sobre el norte y centro de Suramérica, la región oriental de la cuenca ecuatorial del Océano Pacífico Tropical, el Atlántico tropical y África central, en donde se registran promedios por debajo de 240 UD. Debido a lo anterior, estas zonas, donde está incluida Colombia, están expuestas a altos niveles de radiación ultravioleta en superficie durante todo el año.
  • Durante el periodo de diciembre a marzo, se registran los valores más bajos de la columna de ozono en el país, por lo tanto, es la época del año en la cual Colombia recibe mayor radiación ultravioleta en su superficie.
  • El Sol emite una gran cantidad de energía a la Tierra, de la cual entre el 6 a 7% corresponde a la radiación ultravioleta (UV).
  • La radiación ultravioleta (UV) es clasificada en tres categorías de acuerdo con la longitud de onda: UV-C, UV-B y UV-A.
  • La radiación UV-C es la de menor longitud de onda y biológicamente es la más dañina, pero es absorbida totalmente en la atmósfera, principalmente por el ozono.
  • El 90% de la radiación UV-B es absorbida en la atmósfera, mientras que la radiación UV-A es débilmente absorbida, pero es la menos dañina.
  • La radiación UV que alcanza la superficie de la tierra está compuesta en gran parte por la radiación UV-A (95%) y en menor grado por la UV-B (5%).
  • La radiación UV que alcanza la troposfera es el motor de todos los procesos fotoquímicos en las capas bajas de la atmósfera de la Tierra.
  • La radiación UV procedente del Sol (particularmente la UV-B), es peligrosa para la salud humana, los animales y las plantas, incluyendo el plancton marino.
  • En dosis apropiadas, la radiación UV-A y UV-B beneficia ciertas funciones de los organismos vivos, pero en dosis excesivas y acumulativas sus consecuencias pueden ser muy perjudiciales.
  • La radiación ultravioleta, procedente del Sol, puede incrementar los casos de cáncer en la piel, cataratas y afectar el sistema inmunológico en los humanos.
  • La radiación ultravioleta puede causar el envejecimiento prematuro de la piel y su oscurecimiento.
  • La cantidad de radiación UV-B que llega a la superficie de un lugar, está inversamente relacionada con el ozono total: a menor cantidad de ozono mayor radiación UV-B ingresa a la superficie y viceversa.
  • En el tope de la atmósfera de los trópicos, los mayores niveles de radiación están generalmente a comienzos del año, durante el perihelio (que es cuando la Tierra está más cerca al Sol) y los más bajos a mitad del año durante el afelio (cuando la Tierra está más alejada del Sol).
  • La radiación UV varía de acuerdo con la ubicación geográfica; sobre la zona ecuatorial (como es el caso de Colombia) los rayos solares inciden más directamente que en las latitudes medias y altas y la radiación UV resulta ser más intensa en esa área.
  • La altitud determina la cantidad de radiación UV que se recibe, debido a que en las zonas de alta montaña el aire es más limpio y es más delgada la capa atmosférica que los rayos solares recorren; por ello llega más UV. De manera que a mayor altitud mayor radiación UV.
  • En la atmósfera la intensidad de la radiación UV aumenta aproximadamente un 10% con cada 1000 metros de incremento de la altitud. Debido a lo anterior las personas que viven a más de dos mil metros sobre el nivel del mar tienen mayores posibilidades de desarrollar cáncer de piel, respecto a quienes viven en zonas bajas o en las costas.
  • El agua, la nieve y la arena reflejan los rayos solares y pueden incrementar la dosis de radiación UV recibida, produciendo quemaduras en la piel, incluso estando bajo la sombra. La nieve es la superficie que más refleja radiación UV, alcanzando hasta un 80%, mientras que el concreto refleja hasta un 12%, la arena seca de playa el 15% y el agua de mar el 25%.
  • Colombia, por su ubicación geográfica sobre el trópico y por sus grandes altitudes sobre la cordillera de los Andes, presenta un riesgo alto debido a la exposición a la radiación ultravioleta.
  • Las nubes pueden tener un impacto importante en la cantidad de radiación UV que recibe la superficie terrestre, generalmente las nubes densas bloquean más que una nube delgada.
  • La contaminación trabaja en forma similar que las nubes, por ejemplo, en zonas urbanas reduce la cantidad de radiación UV que llega a la superficie de la tierra.
  • El índice de Radiación Ultravioleta (IUV) es usado como un indicador que asocia la intensidad de la radiación solar ultravioleta (UV-B) incidente sobre la superficie de la tierra, con posibles daños en la piel humana.
  • El índice UV alcanza los niveles más altos alrededor del mediodía y cuanto más alto, mayor es la probabilidad de lesiones cutáneas y oculares.
  • Desde diciembre a marzo, meses en los cuales predomina el tiempo seco en gran parte del país, es típico que se presenten en promedio valores de 9 y 10 para el IUV (catalogados como de riesgo), en el lapso de 10 de la mañana a las 4 de la tarde, pero además, cuando se presentan cielos despejados, se pueden llegar a presentar valores de 11, 12 e incluso superiores en el IUV, valores catalogados como de muy alto riesgo, de acuerdo con la Organización Mundial de la Salud (OMS) y la Organización Meteorológica Mundial (OMM).
  • Se recomienda evitar la exposición al Sol por periodos superiores a 15 minutos durante el periodo comprendido entre diciembre y marzo, especialmente, en las horas del mediodía, así como protegerse de los rayos solares usando protectores.
 

NOTA: Los textos de las secciones 3 y 4 fueron elaborados o complementados a partir del documento de la Organización meteorológica Mundial: Scientific Assessment of Ozone Depletion: 2002. Twenty questions and answers about the ozone layer. OMM. 2002