Depleción de ozono antártico - conceptos básicos, teoría clásica e inconsistencias

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(1) DEPLECIÓN DE OZONO ANTARTICO: CONCEPTOS BASICOS, TEORIA CLASICA E INCONSISTENCIAS CARLOS ARTURO RUEDA CASTRO Universidad de Los Andes Facultad de Ingeniería Departamento de Ingeniería Civil & Ambiental Bogota D.C. 2010 . .

(2) DEPLECIÓN DE OZONO ANTARTICO: CONCEPTOS BASICOS, TEORIA CLASICA E INCONSISTENCIAS CARLOS ARTURO RUEDA CASTRO Trabajo de Grado para optar titulo de: Ingeniero Ambiental . Asesor: SERGIO FERNANDO BARRERA TAPIAS . Universidad de Los Andes Facultad de Ingeniería Departamento de Ingeniería Civil & Ambiental Bogota D.C. 2010 . . ii .

(3) . Agradecimientos . Quiero agradecerle al profesor Sergio Barrera, asesor del trabajo de grado, por sus valiosas orientaciones, interés y apoyo para el desarrollo del mismo. De igual forma agradezco a mis padres, Carlos Rueda y Jacqueline Castro, por su apoyo incondicional a lo largo de toda mi vida. . . iii .

(4) Tabla de contenido MARCO TEÓRICO .................................................................................................................................1 LA ATMOSFERA ...................................................................................................................................................... 1 Troposfera ............................................................................................................................................................1 Tropopausa ..........................................................................................................................................................1 Estratosfera .........................................................................................................................................................2 TERMODINÁMICA ................................................................................................................................................... 2 Conceptos Básicos .............................................................................................................................................4 Ley de Gases Ideales .........................................................................................................................................4 Principio de Arquímedes ................................................................................................................................4 Primera ley de la Termodinámica .............................................................................................................4 Estabilidad atmosférica..................................................................................................................................4 Celdas de Circulación.......................................................................................................................................6 Aceleración de Coriolis....................................................................................................................................8 FORMACIÓN DE LAS NUBES .................................................................................................................................. 9 Equilibrio del agua en la atmosfera..........................................................................................................9 Formación de Niebla y Nubes ................................................................................................................... 10 ESTACIONES ..........................................................................................................................................................11 OZONO.................................................................................................................................................. 15 FORMACIÓN NATURAL DE OZONO ....................................................................................................................15 DESTRUCCIÓN OZONO ESTRATOSFÉRICO ........................................................................................................16 DISTRIBUCIÓN VERTICAL DEL OZONO..............................................................................................................18 MEDICIÓN DEL OZONO ........................................................................................................................................18 DISTRIBUCIÓN DE OZONO GLOBALMENTE......................................................................................................20 VÓRTICE POLAR................................................................................................................................ 23 VORTICIDAD POTENCIAL ....................................................................................................................................23 CARACTERÍSTICAS DE LOS VÓRTICES ...............................................................................................................24 NUBES POLARES ESTRATOSFERICAS......................................................................................... 27 COMPOSICIÓN NUBES ESTRATOSFERICAS ........................................................................................................27 REDUCCIÓN DEL OZONO ESTRATOSFÉRICO POR LOS CFCS ............................................... 30 CLOROFLUOROCARBONOS ..................................................................................................................................31 Química de los CFCs....................................................................................................................................... 31 Transporte CFCs.............................................................................................................................................. 32 AGUJERO DE OZONO ............................................................................................................................................34 Mediciones Antártica.................................................................................................................................... 34 Descubrimiento y Verificación de agujero de Ozono ...................................................................... 35 Causas Agujero de Ozono............................................................................................................................ 36 DISCUSIÓN E INCONSISTENCIAS TEORÍA CLÁSICA................................................................ 38 VELOCIDAD DE CREACIÓN ..................................................................................................................................38 NUBES ESTRATOSFÉRICAS Y VÓRTICE POLAR ................................................................................................40 MEZCLA DEL AIRE TROPOSFÉRICO ....................................................................................................................41 CONCLUSIONES ................................................................................................................................. 43 BIBLIOGRAFÍA................................................................................................................................... 44 . . . iv .

(5) . Marco Teórico La Atmosfera La atmosfera se describe por sus vientos, presiones, temperaturas y distribución de sustancias en fase liquida, sólida y gaseosa. En la Tierra, la atmosfera esta compuesta principalmente por los gases nitrógeno ( N 2 78%), Oxigeno ( O2. 21%) y Argon (Ar 1%).. El vapor de agua es el siguiente. compuesto mas abundante; este se encuentra en la baja € atmosfera y su concentración es muy variable llegando a máximos en concentración del 3%. € El resto es formado por otros gases, partículas y gotas que juegan un papel crucial en balance de energía terrestre y en las propiedades químicas de la atmosfera. (Seinfeld & Pandis, 2006) La atmosfera se caracteriza por variaciones verticales en la presión y en la temperatura. El perfil de las variaciones en temperatura promedio permite separar las capas de la atmosfera. En la siguiente figura se puede distinguir diferentes capas atmosféricas definidas por los cambios de temperatura. Las capas están definidas como Troposfera (hasta 10-15 Km.), Estratosfera (hasta 45-55 Km.), Mesosfera (hasta 80-90 Km.), Termosfera (> 90 Km.) y Exosfera (>500 Km.). Para el caso de este trabajo se estudiara únicamente la meteorología atmosférica, definida por si misma como el estudio de la baja atmosfera (<50km). . 1 .

(6) Figura 1 Perfil temperatura vs. Altitud(Pidwirny M. .., 2009). Troposfera La troposfera es la capa mas baja de la atmosfera. Contiene cerca del 75% de la masa atmosférica y se caracteriza por un descenso de la temperatura a medida que aumenta la altura. La tasa de enfriamiento adiabático, es cercana a 10º C⋅ km −1 para aire seco y 3 − 6º C⋅ km −1 para aire húmedo. El espesor de la troposfera varia desde 8 km en los polos hasta 16 km en el trópico dependiendo de la estación. Generalmente, es € € en la troposfera donde ocurren todos los flujos importantes de aire, corrientes y mezclas verticales importantes(Potter & Colman, 2003). Tropopausa Según la organización Mundial de Meteorología (WMO) la tropopausa se define como la altitud con la menor tasa de decrecimiento cerca de. 2º C⋅ km −1 o menor, y que a su vez en los 2 km superiores no sobrepase este promedio.(WMO, 1957). De esta manera la tropopausa se puede. € . 1 .

(7) ver como un punto de inversión térmica (ver figura anterior). Su temperatura es cercana a los −56º C . La tropopausa tiene su altura máxima en los trópicos, y disminuye en dirección polar. Es importante anotar que esta altura varia según la estación. A continuación se € muestra la altura de la tropopausa a diferentes latitudes.. Figura 2 Altura de la tropopausa según la latitud(Geerts & Linacre, 1997). Estratosfera La estratosfera es la zona sobre la tropopausa y se caracteriza por incrementar su temperatura con la altura. En esta capa se absorbe mayormente la radiación de alta energía (Rayos UV) proveniente del sol. En esta capa se encuentra alrededor del 90% del ozono atmosférico. Es una zona de gran estabilidad atmosférica y muy poca mezcla. La estratosfera esta claramente estratificada y existen en ella muy pequeñas corrientes de aire.(Haynes, 2005). Termodinámica En la atmosfera existe una gran variación latitudinal como consecuencia de la radiación solar. La diferencia de energía en la atmosfera genera ciertos movimientos y flujos de aire.. . 2 .

(8) Figura 3 (a) radiación solar dada el área superficial; (b) La temperatura media de la superficie terrestre, haciendo notar que en los trópicos es mas caliente; (c) Balance de energía latitudinal. Basado en (Price, 2006). La energía solar que incide por unidad de superficie es menor en altas latitudes, debido a la forma esférica de la tierra. Es decir, la radiación que llega a la superficie terrestre se reparte en un área superficial mayor a medida que se acerca a los polos. En la figura anterior (b). se muestra el mapa global de radiación. El color. oscuro indica mayor temperatura y mayor energía absorbida. La figura (c) muestra el balance de energía. La línea oscura indica como llega la energía a diferentes latitudes y la línea de color claro muestra la energía promedio de cada latitud. Esto sugiere que existe un exceso de energía que llega al trópico y se transfiere en forma de calor hacia altas latitudes que tienen déficit energético. La transferencia se da por la circulación atmosférica, responsable del 60% de la distribución, y por la circulación oceánica.. La circulación global de la. atmosfera es una de las áreas mas complejas y teóricamente profundas en dinámica de fluidos. Por tal razón se explicara la termodinámica básica para entender las circulaciones mas importantes. . 3 .

(9) Conceptos Básicos Ley de Gases Ideales El aire se asemeja a un fluido newtoniano que cumple la ley universal de los gases ideales. La siguiente ecuación describe el comportamiento de dichos gases.. PV = nRT Ecuación 1 Ecuación de los Gases Ideales. Donde P representa la presión, V el volumen, n el numero de moles, R la constante de gases ideales y T la temperatura.. €. Aunque el aire no es un gas ideal, la ecuación sirve para entender la relación entre las variables de estado. Todo cuerpo gaseoso responde a tres variables (P, V y T) de estado con una relación casi lineal. (Tipler & Mosca, 2004). Principio de Arquímedes Por otro lado, al definir el aire como un fluido newtoniano es también valida la ley de Arquímedes. Todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta una fuerza de flotación equivalente al peso del volumen del fluido desplazado. Es decir un objeto con menor densidad al fluido que lo rodea tiende a flotar.. Primera ley de la Termodinámica Cuando se colocan dos cuerpos juntos a diferente temperatura, existe una transferencia de calor cuya intensidad depende de la diferencia de temperatura entre ellos.. Estabilidad atmosférica Cuando la atmosfera no favorece el desarrollo de movimientos verticales de aire se dice que la atmosfera es estable. En cambio,. . 4 .

(10) si esos movimientos de aire tienen lugar libremente, se dice que la atmosfera es inestable. La posibilidad de que exista o no corrientes verticales de aire esta íntimamente relacionada con el perfil de temperatura atmosférica.(Universidad de Jaen, 2009). Ta>T. Z Adiabática. "Z>0 ! Curva de estado. Z+ "Z !. Ta=T=To. !. Zo. "Z<0 !. ! T. Ta. To. T. Ta<T. !. Figura 4 Inestabilidad atmosférica, Altura Vs. temperatura. En la figura anterior se ve la curva de estado que representa el perfil de temperatura atmosférico y la curva adiabática de una burbuja de aire. Ta representa la temperatura de la burbuja y T la temperatura del aire alrededor. Si. una burbuja que esta. ubicada en Zo y To se desplaza verticalmente una distancia ΔZ , la burbuja cambia de volumen y temperatura como se ve en el panel derecho de la figura. Esta condición es inestable debido a € que la burbuja siente una fuerza, por diferencia de densidad con el aire circundante, en la misma dirección del movimiento alejándola del punto inicial. En la siguiente figura se muestra un perfil de temperatura atmosférico mas inclinado. En este caso la tasa de enfriamiento de la burbuja de aire es menor que el aire circundante. Si la burbuja. se. desplazara. verticalmente. de. Zo. y. To,. esta. experimentaría una fuerza en dirección contraria al movimiento que tiende a volverla a su origen. Esta condición de equilibrio se conoce como atmosfera estable. . 5 .

(11) Ta<T. Z. ! "Z>0. Curva de estado. Ta=T=To. Adiabática. Z+ "Z !. !. Zo. ! "Z<0. ! Ta. T. To. T. Ta>T. !. Figura 5 Estabilidad atmosférica, altura vs. Temperatura. La condición máxima de estabilidad atmosférica se consigue cuando existe una inversión térmica. Las fuerzas que tienden a volver la burbuja de aire a su estado inicial son mayores. Con este perfil de temperatura todo el aire esta en equilibrio lo cual impide cualquier mezcla de vertical. Ta<T. Z. ! "Z>0. Curva de estado. Ta=T=To. Adiabática. Z+ "Z !. !. Zo. ! "Z<0. ! Ta. To T. T. Ta>T. !. . Figura 6 Perfil de inversión térmica. Altura Vs. Temperatura . Celdas de Circulación Dado que en el trópico hay mayor transmisión de energía del sol la superficie terrestre a esta latitud tiende a calentarse mucho. Una parcela de aire inmediatamente encima de la superficie, por la primera ley de la termodinámica, se calienta por transmisión de calor. Cuando se calienta, inmediatamente cambia su volumen haciendo esa parcela mucho menos densa que el aire que la rodea. Esto genera una movimiento ascensional en el ecuador, y . 6 .

(12) dada la inestabilidad troposférica el movimiento es cada vez mas brusco.. Esto a su vez genera diferencia de presiones en el. ecuador con otras latitudes, siendo el primero un punto de baja presión. La celdas de Hadley se caracterizan por el movimiento ascensional en el ecuador, moviéndose al norte y al sur en la tropopausa y convergiendo a 30º de latitud. A su vez este punto se convierte un punto de alta presión e intenta equilibrarse. Por un lado vuelve al ecuador cerrando la celda de Hadley, y por otro avanza hacia el polo iniciando la celda de Ferrell. (Seinfeld & Pandis, General circulation of the atmosphere, 2006) La celda de Ferrell se caracteriza por un movimiento descendente a los 30º de latitud, y un movimiento ascensional incentivado por el choque del aire frío y seco del polo contra el aire húmedo y calido. Se genera un movimiento ascensional a los 60º por diferencias de densidades, generando así la celda de Ferrell. A esta latitud se genera un punto de baja presión.(Seinfeld & Pandis, General circulation of the atmosphere, 2006) Finalmente en el polo existe un patrón de circulación debido a la temperatura tan baja del polo. Esto genera que el aire tienda a irse del polo a latitudes mas baja, y al chocar con la celda de Ferrell genere un patrón de circulación. Esta circulación se llama la celda polar.(Seinfeld & Pandis, General circulation of the atmosphere, 2006) En la siguiente figura se aprecia de mejor manera las tres celdas, y la circulación en la troposfera.. . 7 .

(13) Figura 7 Representación esquemática de la circulación general de la atmosfera. Basado en (Price, 2006). Aceleración de Coriolis Dada que la tierra es una esfera rotando, los puntos sobre su superficie se mueven a diferente velocidad. Es decir un punto sobre el ecuador se mueve mas rápido, mientras que en altas latitudes la velocidad es menor. Esto se debe a que la circunferencia encerrada en el ecuador es mayor a la circunferencia de altas latitudes, y aun así se recorre cada circunferencia en las mismas 24 horas. Esto genera una diferencia de velocidad creando una aceleración. al movimiento de aire en las. latitudes.. A. Figura 8 Aceleración de Coriolis. . 8 .

(14) Si desde el punto A se desplaza un objeto en dirección de la línea punteada, la trayectoria se desvía debido al cambio de velocidad en los diferentes puntos (el radio varia).. De esta manera todos las corrientes. que van dirección al polo se desvían al este, mientras que las corrientes que en dirección al ecuador se desvían hacia el oeste. En la siguiente grafica se puede evidenciar el movimiento de las corrientes globales.. Figura 9 Circulación global de corrientes de aire. (a) Efecto Coriolis general en la superficie terrestre (b) Circulación global de celdas y efector Coriolis. Formación de las nubes Equilibrio del agua en la atmosfera El agua en la atmosfera existe en fase gaseosa como vapor de agua y en fase acuosa como gotas de agua. El equilibrio de estas dos fases presentes en la atmosfera se da cuando la presión parcial del gas es igual a la presión de saturación de vapor.(Seinfeld & Pandis, Cloud Physics, 2006).. Es importante resaltar que la presión de saturación. varia con la temperatura. A medida que la temperatura disminuye, la presión. de saturación también, mostrando un comportamiento. exponencial. Así a una temperatura 25ºC la presión de saturación corresponde a 31.3 mbar, mientras que a una temperatura de 0ºC la presión es de 6mar. De esta manera se procede a definir la Humedad relativa:. . 9 .

(15) RH = 100. " H 2O " 0H 2O. 0 Donde " H 2O es la presión de vapor y " H 2O es la presión de saturación de. vapor(Seinfeld & Pandis, The Atmosphere, 2006). Cuando la presión de la humedad relativa es igual a 100% y !vapor es igual!a la de saturación, ! existe en las dos fases tanto vapor de agua como gotas de agua.. Formación de Niebla y Nubes Si la Humedad relativa no es mayor a 100%, ninguna partícula es capaz de condensarse y formar la nube. De esta manera es necesario el incremento de la humedad a valores mayores a 100%. El incremento de RH normalmente resulta del enfriamiento de una parcela de aire. Aun si el contenido de agua dentro de la parcela de agua no cambia, la saturación de vapor de agua disminuye a medida que la temperatura disminuye, así la humedad relativa aumenta. (Seinfeld & Pandis, Cloud Physics, 2006) Usualmente existen dos mecanismos en la cual la parcela de aire puede enfriarse: Enfriamiento a presión constante y enfriamiento adiabático. El primer mecanismo es el resultado de perdida de energía. o. desplazamiento horizontal de una masa de aire caliente sobre superficie mas frías. Esto genera que un aumento en la humedad relativa hasta tal punto que las gotas de agua quedan suspendidas y se permite la formación de neblina. Por otro lado el enfriamiento adiabático se da por cambio en la densidad de la parcela de aire a comparación del aire circundante generando un ascenso hacia altitudes mas frías. Esto genera una aceleración y una velocidad ascendente de la parcela de aire, y un enfriamiento menor que el aire a su alrededor. Debido a esto, la humedad relativa aumenta hasta generar condensación del agua, formando así gotas de agua. Si el movimiento ascensional continua, la parcela de aire aumenta hasta la inversión térmica atmosférica, cerca de. . 10 .

(16) los 18 km.(Seinfeld & Pandis, The Atmosphere, 2006)(Seinfeld & Pandis, Cloud Physics, 2006). Estaciones La rotación terrestre hace referencia al giro del planeta sobre su eje. Si se mira desde el polo norte la rotación tiene sentido anti-horario mientras en el polo sur se puede ver el sentido horario. Una rotación toma exactamente 24 horas, y es responsable de los ciclos diarios del día y de la Noche. La rotación terrestre es responsable del movimiento aparente del sol a través del horizonte.. Figura 10 Rotación terrestre (a) Rotación global (b) Rotación vista desde el polo Norte (c) Rotación Vista desde el polo sur(Pidwirny M. , 2006). El movimiento de translación se describe como el movimiento del globo alrededor del sol. Esta translación se da en la orbita terrestre de forma elíptica y el ciclo dura 365 días aproximadamente. Por su forma elíptica, existe una diferencia entre la distancia sol tierra en diferentes momentos. El perihelio se denomina al momento en que la distancia es mas corta y el afelio es el momento en que la distancia es máxima. Aun que la distancia al sol genera una variación del 6% en la radiación solar, esta no es la responsable de las estaciones. . 11 .

(17) Figura 11 Translación terrestre.(Pidwirny M. , 2006). El eje de rotación no es perpendicular al eje de translación. El eje de rotación permanece estático a lo largo de la translación. Por este motivo el ángulo de radiación no permanece constante a los largo del año. En la siguiente grafica se puede ver que la inclinación del eje corresponde a 23.5º con respecto al eje de translación. En la ilustración se muestra la inclinación de la tierra según el plano elíptico.. Figura 12 Inclinación 23.5º del eje perpendicular al plano elíptico. El eje de rotación permanece constante a lo largo de la translación. Se puede ver que el ángulo en que llega la radiación solar en diferentes épocas del año es diferente. De esta manera se divide las estaciones para los. . 12 .

(18) diferentes hemisferios. En la figura anterior se describen las estaciones para el hemisferio norte.. En dos épocas del año, denominadas equinoccio, la. radiación solar llega directamente al trópico (90º). En esta época todo lugar en la tierra tienen iluminación solar 12 horas. El equinoccio se puede ver en la siguiente figura.. Figura 13 Equinoccio terrestre. (Marzo y Septiembre)(Pidwirny M. , 2006). En la época de solsticio la inclinación de la radiación solar permite que la radiación llegue directamente (90º) al trópico de capricornio o al trópico de cáncer. En el circulo polar existe una iluminación solar las 24 horas del día o una noche de 24 horas. Esto se puede ver en la siguiente grafica.. Figura 14 Solsticio terrestre (Junio-Diciembre)(Pidwirny M. , 2006). Esto genera que el hemisferio en donde el circulo polar tenga radiación solar las 24 horas del día sea el hemisferio de verano, mientras que el hemisferio donde el circulo polar tenga una noche de 24 horas sea el de invierno. A continuación se muestra la inclinación de radiación solar en el solsticio y equinoccio. . 13 .

(19) Figura 15 Angulo radiación solar en el solsticio y equinoccio(Pidwirny M. , 2006). . . 14 .

(20) Ozono El ozono es una molécula triatómica que consta de tres átomos de oxigeno. Esta molécula esta presente en los primeros 50 km de la atmosfera. En la troposfera, el ozono es una molécula altamente inestable, con un gran poder de oxidación y se considera toxica para la biota terrestre. En cambio, en la estratosfera, el ozono. sirve como escudo. a la radiación de alta energía. proveniente del sol (Atkins & Jones, 2008). Esta ultima propiedad del ozono fue reconocida a finales de siglo XIX en donde se enfatizó la importancia de la absorción de radiación ultravioleta para determinar la estructura termal de la estratosfera y la importancia que reside en esta propiedad la ecología terrestre. (Cornu, 1887)(Hartley, 1880). Formación Natural de Ozono La radiación solar cuenta con longitudes de ondas visibles al ojo humano desde el violeta (400 nm) hasta el rojo (700 nm), mas las longitudes de onda invisibles como el infrarrojo (>700 nm) y el ultra violeta (<400 nm). La energía de la radiación aumenta a medida que la longitud de onda disminuye. La absorción de radiación ultravioleta de alta energía causa, generalmente, la descomposición de moléculas simples. Chapman (1930) fue el primero en plantear la teoría fotoquímica de la formación y destrucción del ozono basado en la química del átomo de oxigeno. A continuación se muestra las reacciones fotoquímicas planteadas. (Chapman, 1930). . 15 .

(21) O2 + hv →2O O + O2 + M →O3 + M O3 + hv →O2 + O(1 D) O(1 D) + M →O + M O3 + hv →O2 + O O + O + M →O2 + M O + O3 →2O2 Ciclo 1 Ciclo Catalítico de Oxigeno monoatómico. (Chapman, 1930). Los radicales reactivos € (O) formados por la disociación del O2 reaccionan con el abundante oxigeno para crear ozono. Sin embargo dado que el ozono creado se encuentra en un estado de alta energía, es necesario un tercer € cuerpo M( N 2 , O2 ) para chocar, si no, sus movimiento vibratorios generarían su disociación instantánea. (ver segunda ecuación) Es importante resaltar que las longitudes de onda de la radiación solar, € € denotada en la ecuación como hv, son menores a 340 nm. (Atkins & Jones, 2008) En el caso de la molécula de oxigeno, es necesario una longitud de onda menor a 240 nm para su disociación.. Destrucción Ozono estratosférico Existen. varios. compuestos. que. destruyen. químicamente. el. ozono. estratosférico. Entre ellos se encuentra el ciclo catalítico del hidrogeno que se describe a continuación. O + OH →O2 + H H + O2 + M →HO2 + M O + HO2 →O2 + OH Ciclo : O + O + M →O2 + M OH + O3 →HO2 + O2 HO2 + O3 →OH + 2O2 Ciclo : 2O3 →3O2 Ciclo 2 Ciclo Catalítico del Hidrogeno(Bates & Nicolet, 1965). Este ciclo catalítico € propone el hidrogeno como agente destructor del ozono al atrapar los átomos de oxigeno en Oxigeno molecular (primer ciclo) y en la . 16 .

(22) disociación del ozono (Segundo Ciclo). Dada la regeneración del OH en el ciclo anterior, pequeñas cantidades de este compuesto tienen gran influencia en la cantidad de ozono presente. Perturbaciones a las cantidades naturales de hidrogeno en la estratosfera puede llegar a suceder en modificaciones de gases como el agua ( H 2O , CH 4 ), generando mayor destrucción del ozono. El ciclo de los óxidos de nitrógeno, al igual que el ciclo anterior, es capaz de € € destruir el ozono y regenerar el agente destructor. A continuación se muestra el ciclo. NO + O3 →NO2 + O2 O + NO2 →NO + O2 Ciclo : O + O3 →O2 Ciclo 3 ciclo catalítico de los óxidos del nitrógeno(Johnston, 1971). Algunos alójenos son € capaces de irrumpir con el ciclo natural del ozono. En 1986 se planteo el Cloro y el Bromo como agentes destructores del ozono(McElroy, Salawitch, Wofsy, & Logan, 1986). Sin embargo el cloro había sido descrito anteriormente como destructor del ozono. A continuación se muestra el ciclo catalítico del cloro.. Cl + O3 →ClO + O2 ClO + O →Cl + O2 ciclo : O + O3 →O2 Cl + O3 →ClO + O2 ClO + ClO + M →Cl2O2 + M Cl2O2 + hv →Cl + ClO2 ClO2 + M →Cl + O2 + M Ciclo : 2O3 →3O2 Ciclo 4 Ciclo catalítico del cloro(Stolarski & Cicerone, 1974). En base al ciclo € anterior, se desarrollo la teoría actual de destrucción en el agujero de ozono.. . 17 .

(23) Distribución Vertical del ozono. El noventa porciento del ozono atmosférico se encuentra en la estratosfera (10-60km). La masa total del ozono se calcula estar cerca de 3000 millones de toneladas, que equivale al 0.00006% de la atmosfera(NASA, 2009). La concentración de ozono varia según la latitud, longitud, estación y el ciclo solar, sin embargo se estima que el máximo se encuentra a los 32 Km.. A. Altura (Km). continuación se muestra la distribución del ozono con respecto a la altura.. Mesosfera. Estratosfera Troposfera. Concentración ozono (PPM) Figura 16 Concentración de Ozono vs. Altura(NASA, 2009). Es importante resaltar que aun que los valores de concentración de la grafica anterior. varíen,. la. distribución. vertical. del. ozono. obedece. a. este. comportamiento. De esta manera se puede decir que la “Capa de Ozono” se encuentra a los 32 Km.. Medición del Ozono Las observaciones del ozono. basadas en la absorción de radiación. ultravioleta se iniciaron a principios de siglo XX . La unidad Dobson (DU) es la unidad básica de medición del ozono. Esta unidad se define como el numero de moléculas de ozono necesarias para crear una capa de ozono puro de 0.01 mm de espesor en condiciones estándar (temperatura=0ºC. y. presión=1. atm)(Welch, 2008). En otras palabras una columna de aire con una . 18 .

(24) concentración de ozono de 1 DU tendría 2.96 × 1016 moléculas de ozono por cada centímetro cuadrado de área en la base.(NASA, 2008). A continuación se muestra un esquema que ilustra lo que es una unidad Dobson. €. Columna de Aire Area de la Base. Todo el ozono de la columna de aire es comprimido y traído a condiciones estándar Figura 17 Ilustración unidad Dobson(NASA, 2008). La concentración global de ozono varía desde 100 DU hasta 600 DU. Es decir, el espesor de ozono global traído a condiciones estándar se encuentra desde 1 mm hasta 6 mm. El promedio Global son 300 unidades Dobson. El ozono en la atmosfera no esta concentrado en una única capa pura de ozono, en cambio se encuentra distribuido a lo largo de la misma. Por este motivo, los censores de los satélites y los dispositivos de medición del ozono son capaces de medir la concentración de todo el ozono de la columna de. Radiación Solar (Watts/cm2/nm). aire. Radiación ultravioleta en el tope de la atmósfera. Radiación ultravioleta en la superficie de la tierra. Longitud de Onda (nm) Figura 18 Radiación Solar vs Longitud de Onda.(NASA, 2009). . 19 .

(25) En la figura anterior se muestra la magnitud de radiación que normalmente llega a la superficie de la tierra y al tope de la atmosfera. Es importante anotar que longitudes de onda ultravioleta se divide en tres categorías denotadas UVc, UVb y UVa con rangos de. <290nm, 290-320nm, 320-400nm. respectivamente. La totalidad de la radiación UVc, el 90% de la radiación UVb y el 50% de la radiación Uva es absorbida por la atmosfera, principalmente por el ciclo catalítico del oxigeno-ozono. (NASA, 2009)(Sherwood, 1995) La técnica estándar para la medición del ozono se hace con un espectrómetro de radiación ultravioleta (espectrómetro Dobson). Para el calculo de concentración de ozono se utiliza la comparación entre la radiación UVb y la radiación UVa y el ángulo del zenit Solar. Para la medición del ozono en Noche polar se utiliza la radiación proveniente de la Luna. (Sherwood, 1995) Actualmente existen varios satélites que son capaces de medir concentración de diferentes gases y varias bases de datos donde se consigue la informaron a lo largo del año a saber: OMI (Ozone Monitoring Instrument), TOMS (total ozone mapping spectometer), GOME (European Space Agency) entre otros. Existen también información de mediciones con globos. Toda esta información interpolada es capaz de dar la concentración global de ozono en todo momento.. Distribución de Ozono Globalmente. La concentración de ozono en cada latitud es variable. Depende del ciclo solar, la estación, la intensidad de los vientos, la fecha entre muchas otras variables. Sin embargo, independientemente de la concentración exacta, la distribución global sigue un patrón. estacional.. (Sherwood, 1995) En las. siguientes graficas se muestra en diferentes fechas el mapa global de distribución de ozono para el año 2009.. . 20 .

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(27) Figura 19 Mapas Globales de distribución de ozono del año 2009. (a) 4 de Enero, (b) 4 De Abril, (c) 4 de Julio, (d) 4 de septiembre, (e) 4 de Diciembre(NASA, 2009) . Debido a que estos mapas se hacen por medio de satélites, en las épocas de noche polar, el satélite no es capaz de medir la cantidad de ozono. De esta manera se puede evidenciar el mapa zonas blancas sin medición. De acuerdo a la figura anterior la distribución de ozono es menor en los trópicos durante todo el año. Las altas latitudes cuentan con concentraciones mayores de ozono (350DU) denotado de color Verde. En épocas de invierno polar existe un aumento de ozono en las latitudes bordeando el circulo polar correspondiente (<400DU) denotado con los colores rojizos. Por otro lado en Primavera del Hemisferio (ver mapa 4 de Septiembre) sur se encuentra una depleción considerable de Ozono. Este fenómeno es conocido como el agujero de ozono, y es característico del latitudes polares en época de primavera.. . 22 .

(28) Vórtice Polar La característica mas importante del invierno polar es una circulación estratosférica de un gran vórtice ciclónico centrado cerca al polo sur. (Haynes, 2005) Este gran movimiento aísla el aire dentro del mismo y genera que el cambio de masa con el aire alrededor sea mínimo.. Vorticidad Potencial La vorticidad describe el movimiento rotacional de los fluidos en cada punto. Esta provee características del flujo de un fluido. La vorticidad es un vector en dirección perpendicular a una circulación (Ley mano derecha) y equivale a la circulación por unidad de área del circuito. La vorticidad potencial (PV) se deriva de la vorticidad y provee información del movimiento rotacional y la densidad estratificada. Generalmente la aparición, cambio y desaparición de PV involucra esfuerzos en el fluido.(Potter & Colman, 2003) La idea de la vorticidad potencial es manejar un campo escalar que de idea de la evolución de los elementos de un fluido en rotación. (Vallis, 1999) Utilizando la vorticidad y el máximo de vientos, se puede delimitar los diferentes vórtices polares. De esta manera el vórtice esta definido por valores de Vorticidad potencial muy grandes en el borde y valores pequeños en el centro. (Haynes, 2005) A continuación se muestra la grafica típica del vórtice de la antártica en 1996. En color azur claro se encuentran valores altos de Vorticidad Potencial mientras en el centro el Color Azul representa valores muy bajos.. . 23 .

(29) Figura 20 Vórtice Polar 31 de Octubre de 1966.(Brown University, 1996). Características de los Vórtices En el invierno y primavera Polar la estratosfera esta dominada por la presencia de un gran vórtice. Ambos polos presentan este fenómeno, sin embargo en el polo sur el vórtice es mas drástico.. Figura 21 Vórtices detectados en el polo norte(a) y en el Polo sur(b) Los paneles derechos muestran la velocidad promedio(Gimeno, de la Torre, Nieto, Gallego, Ribera, & Garcia-Herrera, 2007). . 24 .

(30) En la figura anterior se muestran los dos tipos de vórtices que se presentan en el invierno correspondiente. Como se puede ver en el hemisferio Sur el vórtice es mas veloz y abarca en promedio latitudes mas bajas que el vórtice del hemisferio Norte. (Gimeno, de la Torre, Nieto, Gallego, Ribera, & GarciaHerrera, 2007). El vórtice antártico es muy estable y presenta temperaturas bajas. Mientras que el vórtice ártico es mas calido, lo que permite que se vea interferido por las ondas de Rossby (ondas verticales) generando así mucho menos estabilidad.. Figura 22 Comparación vórtices Hemisferio Norte y Hemisferio Sur. Velocidad y latitud(Gimeno, de la Torre, Nieto, Gallego, Ribera, & Garcia-Herrera, 2007). . 25 .

(31) Figura 23 Comparación Vórtices Hemisferio Norte y Hemisferio Sur. Área y Temperatura(Gimeno, de la Torre, Nieto, Gallego, Ribera, & Garcia-Herrera, 2007). El vórtice en el Hemisferio Norte empieza alrededor de octubre y finaliza en Abril. Se caracteriza por alcanzar su mayor velocidad y área en Enero. Es importante resaltar que este vórtice es muy inestable, por lo cual los promedios tienen una desviación considerable. Por otro lado el Vórtice Antártico se caracteriza por ser mucho mas estable a lo largo de los años. Este vórtice tiene una duración de alrededor 10 meses. Empieza en Marzo y finaliza a mediados de noviembre y diciembre. Alcanza su temperatura mas critica en el mes de Julio.. La velocidad máxima de los. vientos se reporta en Septiembre. Además de su gran poder de mezcla, el vórtice por si mismo aparenta ser una barrera al flujo del aire exterior. Sin embargo existe contradicciones y desacuerdos entre la fortaleza de la barrera y la cantidad de aire que puede mezclarse. (Gimeno, de la Torre, Nieto, Gallego, Ribera, & Garcia-Herrera, 2007). . 26 .

(32) Nubes polares estratosféricas En la estratosfera generalmente no hay nubes debido al poco contenido de agua. presente.. Sin. embargo. a. temperaturas. extremadamente. frías,. característico del invierno antártico, se forman nubes de Hielo conocidas como Nubes Polares Estratosféricas (PCS por sus siglas en ingles). Estas nubes se ven de color rosado y verde en el crepúsculo del cielo del polo. (Seinfeld & Pandis, Chemestry of the stratosphere, 2006). Composición nubes estratosféricas En 1990 se presentó evidencia de que las nubes polares estratosféricas podían estar compuestas por liquido y partículas sólidas(Toon, Browell, Kinnie, & Jordan, 1990). Estudios posteriores mostraron que en algunas nubes predominaban las partículas sólidas mientras otros estudios sugerían predominar el liquido. De esta manera se subdividió el tipo de nubes como: Tipo1a (sólidas) y Tipo1b(liquidas).(Solomon, 1999) Nitrato fue detectado en este tipo de nubes. Se demostró a partir de estudios en laboratorio. y estudios teóricos, que el acido nítrico Tri-hidratado. ( HNO3 ⋅ 3H 2O ), denominado NAT, es la forma termodinámicamente estable del HNO3 en el hielo a temperaturas de la estratosfera polar.(Peter, 1996) Una € €. implicación importante de este descubrimiento, es que las partículas suficientemente grandes pueden caer y salir de. la estratosfera y de esta. manera desnitrificar la estratosfera. Esto es un proceso de remoción del algunos óxidos de Nitrógeno que pueden llegar a estas alturas. Existe otro tipo de nubes denominadas tipo2. Estas se generan en altitudes mas bajas y a mayores temperaturas que las tipo 1. Se caracterizan por ser nubes de agua congelada. La importancia de las nubes polares estratosfericas en relación al ozono es su altitud. Su ubicación coincide con la mayor depleción en la primavera polar. Adicionalmente sirven para que en ellas ocurra la química de depleción del ozono y pueda desarrollarse únicamente en ellas las reacciones que liberan el. . 27 .

(33) cloro activo.(Seinfeld & Pandis, Chemestry of the stratosphere, 2006).. A. continuación se presentan las graficas que muestran el área de cobertura de cada tipo de Nube. SH PSC NAT Area 460 K 40. million km2. 30. 20. 10. 0. Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec 10%-90%. 30%-70%. 1979-2009. 2009. Figura 24 Área Abarcada por nubes tipo 1 en el hemisferio Sur. SH PSC Ice Area 460 K 20. million km2. 15. 10. 5. 0. Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec 10%-90%. 30%-70%. 1979-2009. 2009. Figura 25 Área de nubes tipo 2 en el polo sur(NASA, 2009). . 28 .

(34) La graficas muestran el promedio histórico(Potter & Colman, 2003) del área abarcada por las nubes a lo largo del año, al igual que su primera y segunda desviación. Es importante resaltar que el área máxima de los dos tipos de nubes se logra a finales de Julio principios de Agosto.. . 29 .

(35) Reducción del Ozono estratosférico por los CFCs Desde 1980 se empezó a reportar una tendencia a la baja del ozono estratosférico global.. Aun que la concentración de ozono varia. constantemente en toda ubicación, la concentración de ozono reportada en el mundo y en especial en la primavera antártica salía de todo comportamiento anteriormente registrado.. Figura 26 Observación del Ozono total en diferentes ubicaciones(Solomon, 1999). La figura anterior muestra el comportamiento del ozono global de diferentes ubicaciones a lo largo del tiempo. Es importante resaltar que todas estas observaciones corresponden a la primavera de cada hemisferio, y que todas ellas. se encuentran en latitudes que alcanzan los vórtices polares. Las. observaciones del antártica proviene de la base Halley, mientras que la del ártico y media latitud provienen de observaciones satelitales estudiadas (Newman, Gleason, McPeters, & Solarski, 1997) (Hollandsworth, McPeters, Flynn, Planet, Miller, & Chandra, 1995).. . 30 .

(36) Clorofluorocarbonos Los Clorofluorocarbonos son sustancias que produjo el hombre para procesos de refrigeración y dispositivos de propulsión.(NASA, 2009). A principios de los años 70 se descubrió que la molécula CCl3 F (CFC), sustancia que no tienen ninguna fuente natural conocida, estaba presente en la atmosfera en cantidades comparables con la total producida a la fecha. (Lovelock, Maggs, € & Wade, 1973). Figura 27 Medición de Concentración del CFC sobre el atlántico 1971(Lovelock, Maggs, & Wade, 1973). En la figura anterior se puede ver la concentración del CFC a lo largo del atlántico, indicando un gran tiempo de residencia atmosférica. A diferencia de muchos gases que se liberan a la atmosfera los CFCs no se ven afectados por los procesos de remoción natural en la baja atmosfera. No son capaces de absorber la radiación de la troposfera ni de foto-disociarse con la radiación de baja energía. No son solubles en agua, lo que impide que sean removidos por la lluvia. Son demasiado estables, impidiendo que reacciones con OH, oxigeno, ozono u otro agente oxidante en la baja atmosfera. (Sherwood, 1995). Química de los CFCs Desde su creación se sabe que los CFCs son capaces de absorber radiación ultravioleta con longitud de onda menor a 220nm. Sin. . 31 .

(37) embargo para encontrar este tipo de radiación en la atmosfera es necesario que la molécula aleatoriamente subiera a altitudes mayores que la mayoría de ozono y oxigeno presente. Es decir sobrepasara aproximadamente el 98% de la atmosfera, una altitud mayor a 30 Km (Sherwood, 1995). En estas condiciones, el aire recibe radiación solar de muy alta energía donde se puede descomponer la molécula de CFC y liberar átomos de cloro.. CCl3 F + hv →Cl + CCl2 F CCl2 F + hv →Cl + CClF Ecuación 2 Radiación de Alta energía en moléculas de CFCs. La mayoría de los € componentes de la media estratosfera estaban bien conocidos y su constante de reacción con el cloro atómico fueron medidos en el laboratorio.. La conclusión que se obtuvo con esta. información fue que el cloro atómico reaccionaba con el ozono para formar otra molécula reactiva. La probabilidad de esta reacción es 1000 veces mayor a la reacción del cloro con cualquier otro compuesto. Esta reacción produce el ciclo catalítico descrito en el ciclo 4.. Transporte CFCs En 1930. a partir de mediciones del ozono atmosférico se infirió la. existencia de una celda de circulación estratosférica caracterizada por un movimiento ascensional en los trópicos y un descenso en medias y altas latitudes. (Dobson, 1930) Dobson dedujo que las grandes concentraciones de ozono encontradas en altas latitudes se debe al movimiento de masas de aire estratosféricos hacia los polos. Por otro lado, en 1949 se alcanzo la misma conclusión basados en análisis de mediciones del vapor de Agua. (Brewer, 1949) Estudios mas actuales, utilizando observaciones de algunos gases trazadores, mostraron el tiempo de circulación de la celda “Brewer-Dobson” es cercana a 5 años.(Boering, et al., 1996). . 32 .

(38) Figura 28 (a) Diagrama esquemático de la circulación Brewer-Dobson con ciclo catalítico de destrucción de Ozono. (b) mediciones de CFC en el hemisferio norte (c) Mediciones de CFC en el hemisferio sur.(Solomon, 1999). En la figura anterior se muestra un esquema general del transporte de los CFCs.. Las graficas de concentración en el hemisferio Norte. (Hemisferio Industrializado). y el hemisferio Sur tienen un año de. diferencia. Concentraciones en el extremo sur tan retirado de la fuente de CFCs (Hemisferio Norte), rectifica que la destrucción de este compuesto en la troposfera es nulo.. Esto aclara que el transporte del. CFCs depende de la circulación de corrientes de aire en la troposfera, y dado su poca destrucción, pueden alcanzar todas las latitudes. En el trópico gracias al gran movimiento ascensional una fracción de aire troposférico puede mezclarse y entrar en la estratosfera. Esto implica que la entrada de CFCs a la estratosfera se da en el trópico, y que no depende de la ubicación de la fuente. Ya en la estratosfera, gracias a la celda de Brewer-Dobson, los CFCs son transportados hacia todas las latitudes en dirección polar.(Solomon, 1999). . 33 .

(39) Agujero de Ozono. Figura 29 Concentración de Ozono en la primavera antártica (a) Promedio de concentración de Ozono en Septiembre 1979 (b) Concentración ozono promedio en Septiembre 2009(NASA, 2009) . Mediciones Antártica A partir de 1956 se empezaron a hacer mediciones de ozono en la antártica. Estas mediciones estuvieron a cargo de Dobson, quien esperaba encontrar un aumento de ozono en la primavera como se encontró en el hemisferio norte. Sin embargo Dobson encontró valores cercanos a 240 UD en finales de Invierno y primavera. Estos valores son significantemente bajos a lo que se esperaba tener gracias a la circulación Brewer-Dobson. A mediados de Noviembre se encontró un pico de concentración de ozono que llevo a Dobson a reconocer un vórtice polar fuerte. El vórtice impedía la llegada de aire estratosférico rico en ozono a la zona polar. Cuando se rompe el vórtice, a mediados de Noviembre, aumenta la concentración. de ozono en el Polo.. (Sherwood, 1995) A continuación se muestra las mediciones hechas por Dobson en diferentes años.. . 34 .

(40) Figura 30 Medición en 1956,1957,1958 de Concentración de Ozono en el polo sur.(Harris & Rowland, 1985). Descubrimiento y Verificación de agujero de Ozono A mediados de 1985 se documentó por primera vez una depleción de ozono en la primavera antártica. por la expedición British Antartic. Survey en la estación de Haley. En esta se sugirió que el agujero de ozono esta sujeto a una estación (primavera) y en latitudes polares del sur (Farman, Gardiner, & Shanklin, 1985). El agujero de ozono, no es un agujero como tal, debido a que concentraciones de ozono, en el caso mas extremo. de 100DU, están presentes en la atmosfera polar.. (Hoffman, Oltmans, Harris, Johnson, & Lathrop, 1997). El Agujero se define como concentraciones de ozono menores a 220DU en el polo. (NASA, 2009) Las delimitaciones latitudinales de Agujero están relacionadas con una estructura dinámica de la estratosfera en el invierno polar. Debido a los gradientes de temperatura y al movimiento general del vórtice genera que aire dentro del mismo esta relativamente aislado de aire proveniente de medias latitudes. Esto permite que la reducción de ozono se desarrolle. (Schroeberl & Hartman, 1991). . 35 .

(41) Figura 31 Promedio de concentración de Ozone En la estación Haley en el Mes de Octubre(Farman, Gardiner, & Shanklin, 1985). Causas Agujero de Ozono En las primeras mediciones de depleción de ozono se plantaron hipótesis de su posible causa. A mediados de los años 80 se planteo que el cloro (ClO) proveniente de las emisiones de CFCs podrían causar dicha depleción (ver ciclo catalíticos). Sin embargo se concluyo que el impacto del cloro. se vería reflejado en altitudes mayores a 40Km.. Debido a que la depleción en la antártica se presentaba en altitudes mas bajas, 10-30 Km, este fenómeno no explicaría por si solo el agujero. (Solomon, 1999). Figura 32 (a) Observaciones del perfil de ozono en la primavera (Hoffman, Oltmans, Harris, Johnson, & Lathrop, 1997) (b) Nubes estratosfericas típicas observadas en el polo sur.(Collins, Bowman, & Gardner, 1993). . 36 .

(42) En la Figura anterior se muestra el perfil de la depleción de ozono en el polo sur en los años de 1986 y de 1997 comparados con el perfil típico promedio. Es evidente que la depleción se da en alturas cercanas a 1525 Km y que existe zonas entre los 9 y 13 km donde el efecto de depleción es casi nulo. Paralelamente en la grafica b se encuentra el perfil típico de las nubes estratosferitas. Este perfil coincide con el perfil de depleción de ozono. Molina en 1974 propuso que en la superficie de las nubes podrían ocurrir las reacciones que se muestran a continuación.. Es importante. anotar que se proponen las nubes como reservorios de HCL y ClONO2.. HCl + ClONO2 →Cl2 + HNO3 H 2O + ClONO2 →HOCl + HNO3 Ecuación 3 Reacciones dentro de las nubes estratosferitas. Los productos, Cl2 y HOCl son liberados de las nubes a la fase € gaseosa, en donde son foto-disociados cuando los rayos. del sol. regresan después € de meses de ausencias. El HNO3 permanece en las € nubes desnitrificando la masa de aire. Con la temperatura lo suficientemente baja algunas moléculas son capaces de juntarse con € las partículas de las nubes, haciendo que las partículas caigan por gravedad y tiendan a deshidratar la nube.(Molina & Rowland, 1974)(Sherwood, 1995). . 37 .

(43) Discusión e Inconsistencias teoría Clásica Velocidad de Creación Aunque la química por si misma explica la destrucción de una gran cantidad de ozono estratosférico, esta no explica la velocidad de formación del agujero En la siguiente grafica se puede ver el promedio del área de formación del agujero. Ozone Hole Area 30. Million km2. 20. 10. 0. Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec 10%-90%. 30%-70%. 1979-2009. 2009. . Figura 33 Promedio del área de agujero de ozono a través del tiempo(NASA, 2009) . Es evidente que la velocidad de formación del agujero en el mes de Agosto es muy alta. En Agosto en zonas de altas latitudes no hay radiación solar todavía para generar la química de destrucción del ozono. En el caso del año 2009, en la grafica anterior (Línea roja), se muestra que el área del agujero encuentra su máximo a finales del mes de Agosto. En la siguiente grafica se muestra la distribución de ozono en el continente antártico en Agosto 6 de 2010. También se muestra la distribución de sombra en el polo sur. El circulo negro es el circulo correspondiente a la sombra total, es decir, dentro del circulo no existe radiación solar. Es importante resaltar la. . 38 .

(44) forma de iniciación del agujero de Ozono. Es de forma circular, formando un anillo coincidiendo a la llegada de sol.. Figura 34 6 de Agosto de 2009 (a) Formación agujero de Ozono a la fecha (b) Radiación solar a la fecha(NASA, 2009) . Esto muestra una clara relación con la llegada del sol y radiación necesaria para romper la molécula de Cloro y empezar la química de destrucción de ozono. En la siguiente grafica se muestra en el año 2009 la formación del agujero al 22 de Agosto. Es evidente que existe una zona considerable donde no hay radiación solar (Ver Circulo) sin embargo el agujero esta completamente formado, incluso en zonas donde no ha llegado el sol.. Figura 35 22 de Agosto de 2009 (a) Formación agujero de Ozono a la fecha, (b) Radiación solar a la fecha(NASA, 2009) . . 39 .

(45) Si La formación del agujero dependería únicamente de la química, entonces su formación seria secuencial y seguiría la velocidad de la desaparición de sombra. Se formaría un anillo cada vez de mayor tamaño de acuerdo a la radiación solar. Debido a que la formación se da drásticamente y no tiene relación con el sol y la sombra, implica que la química por si misma no alcanzaría ratas tan altas de destrucción del ozono.. Es necesario considerar. métodos de transporte que impliquen el transporte de radicales de cloro hacia la zona de sombra.. Nubes estratosféricas y Vórtice Polar Estos dos componentes son vitales y juegan un rol muy importante en la teoría clásica. Por un lado el vórtice polar aísla por completo el aire estratosférico dentro del mismo, impidiendo flujo de ozono provenientes de otras latitudes. Mientras que las nubes estratosféricas sirven para atrapar el cloro activo en altitudes bajas y liberarlo para que la destrucción del ozono se de en estas altitudes. Debido al invierno polar y a la poca radiación solar, la medición de este tipo de nubes es complicada. De esta manera para hallar ciertas características es necesario utilizar métodos indirectos. Por ejemplo para el hallar el área de cobertura, la NASA asume un perfil constante de concentración de acido nítrico y de vapor de Agua. Después se interpola con el perfil de temperatura, y según la temperatura teórica de creación se halla la superficie de condensación. (NASA, 2009). Esta área (ver Figura 24) llega a ser incluso. mayor al área de agujero de ozono (ver Figura 33) sugiriendo que las nubes estratosféricas cubren por completo el continente polar. Existe evidencia que este tipo de que las nubes no cubre todo el continente, incluso en el polo sur observaciones durante el invierno de 1994,1995 y 1996 muestran que en el 90% de las observaciones no habían nubes en el Horizonte (Roscoe, 2004). Esto implica muy baja nubosidad en el Polo, con la posibilidad de confundir las nubes vistas con fenómenos débiles aureoles. La teoría clásica no explica la destrucción del ozono en el Polo sin Nubes estratosféricas.. . 40 .

(46) La forma del Agujero de ozono depende de la forma del vórtice. De esta manera el comportamiento del vórtice delimita al agujero. (Bojkov, 1986) Incluso la recuperación del ozono se da instantáneamente con el rompimiento del vórtice.(Tronshichev & Gabis, 2005) Muchos autores concuerdan en que el hay una. tendencia desde 1958 al que el vórtice sea mas frío y mas. largo.(Gimeno, de la Torre, Nieto, Gallego, Ribera, & Garcia-Herrera, 2007)(Bojkov, 1986) Debido a que a menores temperaturas hay mayor cantidades de Nubes estratosféricas la destrucción de ozono es mayor. En periodos mas largos de aislamiento, mayor es el impacto de destrucción. Siendo concientes de la importancia del Vórtice con el agujero de Ozono, es necesario relacionar los cambios del primero con los efectos del segundo.. Mezcla del aire troposférico La celda polar aumenta considerablemente en invierno. Esto se debe principalmente al aumente en gradientes de temperatura. (Seinfeld & Pandis, General circulation of the atmosphere, 2006) Por otra parte los perfiles de temperatura en diferentes puntos del polo muestran una posible desaparición de la tropopausa. (Hudson & Brandt, 2005)(Haynes, 2005). En la siguiente Figura se muestra los perfiles de temperaturas a lo largo del año en el Polo Sur. Es evidente que la inversión térmica, que caracteriza. la tropopausa y la. estratosfera deja de existir alrededor de Mayo. Alrededor de AgostoSeptiembre la inversión se encuentra a los 24 km. Esto implica que el aire es sumamente inestable, que existe mezcla vertical y que parcelas provenientes de la troposfera podrían llegar a esta altura.(Hudson & Brandt, 2005)(Roscoe, 2004). Esto explica la existencia de Humedad en la estratosfera para la. formación de Nubes estratosféricas. Es importante aclarar que en la estratosfera el contenido de Agua es mínimo.. . 41 .

(47) Figura 36 Perfiles promedio de temperatura con la altura en el Polo sur (1994-2003)(Hudson & Brandt, 2005). . 42 .

(48) Conclusiones Los Clorofluorocarbonos son compuestos con gran impacto ambiental. Dado su gran tiempo de residencia en la atmosfera y su alta estabilidad se convirtió en un agente critico para diferentes procesos. El impacto al calentamiento global como gas de efecto invernadero y al agujero de ozono, como principales procesos, hicieron que los CFCs se dejaran de producir a nivel mundial. El impacto de los CFCs al ozono es despreciable por si solos. Para que puedan disociarse y de esta manera reaccionar con el ozono necesitan llegar a altitudes muy grandes, donde el impacto al ozono es mínimo. La depleción del ozono antártico siempre ha existido en la primavera del hemisferio sur.. A mediados de 1970 la depleción de ozono es mayor y. coincide temporalmente con el aumento de concentración de los CFCs en el polo y con la tendencia de aumentar la duración y el frío del vórtice Polar. La teoría clásica no tiene en cuenta la estabilidad atmosférica, ni la importancia radical que tiene el Vórtice en el comportamiento del agujero de Ozono. En cambio limita el impacto de los CFCs a condiciones determinadas, como la presencia de Nubes estratosféricas y la presencia de radiación solar. La velocidad del agujero, y la presencia de este en épocas y en zonas donde no hay radiación solar (Completa sombra) ni tampoco nubes estratosféricas, no se pueden explicar con la química de destrucción de Ozono de la teoría clásica. La importancias de las corrientes atmosféricas, la presencia de aire troposférico, el ciclo solar y los procesos de transporte deben ser tenidos en cuenta para la explicación de la depleción en Primavera de ozono Antártico. Dado las diferentes áreas involucradas en este tema, es necesario una comprensión integral y multidisciplinaría para poder explicar los diferentes fenómenos que allí se presentan.. . 43 .

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