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20.2.1: Depleção de ozônio

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    O processo de depleção do ozônio começa quando os CFCs (clorofluorcarbonos) e outras substâncias destruidoras da camada de ozônio (ODS) são emitidas para a atmosfera (figura\(\PageIndex{a}\)). As moléculas de CFC são extremamente estáveis e não se dissolvem na chuva. Após um período de vários anos, as moléculas de ODS atingem a estratosfera, cerca de 10 quilômetros acima da superfície da Terra (figura\(\PageIndex{b}\)). Os CFCs foram usados pela indústria como refrigerantes, solventes desengordurantes e propelentes.

    Mais radiação UV chega à Terra quando a camada de ozônio se esgota.
    Figura\(\PageIndex{a}\): A forte luz ultravioleta (UV) separa as substâncias destruidoras da camada de ozônio (ODS). O processo é o seguinte: (1) clorofluorcarbonos (CFCs) liberados, (2) CFCs sobem na camada de ozônio na estratosfera, que contém ozônio (O 3), (3) a radiação UV libera cloro (Cl) dos CFCs, (4) Cl destrói o ozônio, (5) o ozônio empobrecido permite que mais radiação UV passe pela atmosfera e (6) mais radiação UV causa mais câncer de pele. Alguns ODS, incluindo CFCs, hidroclorofluorcarbonetos (HCFCs), tetracloreto de carbono e metilclorofórmio liberam átomos de Cl. Outros ODS, incluindo halons e brometo de metila, liberam átomos de bromo (Br). São esses átomos que realmente destroem o ozônio, não a molécula ODS intacta. Estima-se que um átomo de cloro possa destruir mais de 100.000 moléculas de ozônio antes de ser removido da estratosfera. Crédito: NASA GSFC.
    As camadas da atmosfera: troposfera, estratosfera, mesosfera e termosfera
    Figura\(\PageIndex{b}\): As camadas da atmosfera. a toposfera é a mais próxima da superfície da Terra (0-12 km). Em seguida, está a estratosfera (12-50 km), mesófera (50-80 km) e termosfera (mais de 80 km). A camada mais externa (a exosfera) não é mostrada. O ozônio no nível do solo na troposfera é uma forma de poluição do ar, mas a camada de ozônio na estratosfera ajuda a filtrar os raios UV. Imagem de GFDL (CC-BY-SA).

    O ozônio (O 3) é constantemente produzido e destruído em um ciclo natural, conforme mostrado na figura\(\PageIndex{c}\). No entanto, a quantidade total de ozônio é essencialmente estável. Esse equilíbrio pode ser considerado como a profundidade de um riacho em um determinado local. Embora moléculas de água individuais estejam passando pelo observador, a profundidade total permanece constante. Da mesma forma, enquanto a produção e a destruição do ozônio são equilibradas, os níveis de ozônio permanecem estáveis. Essa foi a situação até as últimas décadas. Grandes aumentos no ODS estratosférico, no entanto, perturbaram esse equilíbrio. Na verdade, eles estão removendo o ozônio mais rápido do que as reações naturais de criação de ozônio podem acompanhar. Portanto, os níveis de ozônio caem.

    Interconversão de ozônio (O3) em oxigênio gasoso (O2) e um átomo de oxigênio solitário (O) na atmosfera
    Figura\(\PageIndex{c}\): Como o ozônio (O 3) filtra um tipo prejudicial de radiação ultravioleta (UVB), menos ozônio significa níveis mais altos de UVB na superfície. Quanto maior a depleção, maior o aumento na entrada de UVB. O UVB tem sido associado a câncer de pele, catarata, danos a materiais como plásticos e danos a certas culturas e organismos marinhos. Embora alguns UVB cheguem à superfície mesmo sem a depleção do ozônio, seus efeitos nocivos aumentarão como resultado desse problema. O processo de filtragem da radiação UV pela camada de ozônio é o seguinte: (1) As moléculas gasosas de oxigênio (O 2) são fotolisadas (divididas), produzindo dois átomos de oxigênio. Este é um processo lento. (2) Os átomos de ozônio e oxigênio estão sendo continuamente interconvertidos à medida que o UV solar divide O 3 em O 2 e um único átomo de oxigênio (O). O átomo de oxigênio (O) reage com outra molécula de O 2 para formar O 3. Essa interconversão é um processo rápido e converte a radiação UV em energia térmica, aquecendo a estratosfera. (3) O ozônio é perdido por uma reação do átomo de oxigênio ou da molécula de ozônio entre si, ou algum outro gás residual, como o cloro. Esse é um processo lento.

    Políticas para reduzir a destruição do ozônio

    Uma história de sucesso na redução de poluentes que prejudicam a atmosfera diz respeito a produtos químicos destruidores da camada de ozônio. Em 1973, os cientistas calcularam que os CFCs poderiam atingir a estratosfera e se separar. Isso liberaria átomos de cloro, que destruiriam o ozônio. Com base apenas em seus cálculos, os Estados Unidos e a maioria dos países escandinavos proibiram os CFCs em latas de spray em 1978. Mais confirmação de que os CFCs decompõem o ozônio era necessária antes que mais coisas fossem feitas para reduzir a produção de produtos químicos destruidores da camada de ozônio. Em 1985, membros do British Antarctic Survey relataram que uma redução de 50% na camada de ozônio havia sido encontrada sobre a Antártica nas três fontes anteriores.

    Dois anos após o relatório do British Antarctic Survey, o “Protocolo de Montreal sobre Substâncias que Esgotam a Camada de Ozônio” foi ratificado por nações de todo o mundo. O Protocolo de Montreal controla a produção e o consumo de 96 produtos químicos que danificam a camada de ozônio. Os CFCs foram eliminados em sua maioria desde 1995, embora tenham sido usados em países em desenvolvimento até 2010. Algumas das substâncias menos perigosas não serão eliminadas gradualmente até 2030. O Protocolo também exige que as nações mais ricas doem dinheiro para desenvolver tecnologias que substituam esses produtos químicos.

    Como os CFCs levam muitos anos para chegar à estratosfera e podem sobreviver lá muito tempo antes de se quebrarem, o buraco no ozônio não desapareceu imediatamente após a redução das emissões de CFC; no entanto, ele vem diminuindo (figura\(\PageIndex{d}\)).

    O buraco de ozônio, representado por uma lacuna roxa escura em uma camada verde ao redor da Terra.
    Figura\(\PageIndex{d}\): O buraco de ozônio na Antártica que ocorre anualmente em setembro e outubro durante a primavera do hemisfério sul normalmente apresenta níveis de ozônio muito mais baixos do que no Ártico. Os roxos e os azuis profundos mostram a extensão dos baixos níveis de ozônio em 12 de outubro de 2018, quando caíram para 104 unidades Dobson. Imagem e legenda do Goddard Space Flight Center da NASA (domínio público).

    elemento interativo

    O buraco no ozônio está encolhendo devido às reduções nas emissões de CFC. Você pode ler mais aqui.

    Efeitos ambientais e na saúde da destruição da camada de ozônio

    Existem três tipos de luz UV: UVA, UVB e UVC. As reduções nos níveis estratosféricos de ozônio farão com que níveis mais altos de UVB cheguem à superfície da Terra. A emissão solar de UVB não muda; em vez disso, menos ozônio significa menos proteção e, portanto, mais UVB chega à Terra. Estudos mostraram que na Antártica, a quantidade de UVB medida na superfície pode dobrar durante o buraco anual de ozônio.

    Estudos laboratoriais e epidemiológicos demonstram que o UVB causa cânceres de pele não melanoma e desempenha um papel importante no desenvolvimento do melanoma maligno. Além disso, o UVB tem sido associado à catarata, uma turvação do cristalino do olho. Toda a luz solar contém alguns UVB, mesmo com níveis normais de ozônio estratosférico. Portanto, é sempre importante proteger a pele e os olhos do sol. A depleção da camada de ozônio aumenta a quantidade de UVB e o risco de efeitos na saúde.

    O UVB geralmente é prejudicial às células e, portanto, a todos os organismos. O UVB não pode penetrar muito longe em um organismo e, portanto, tende a impactar apenas as células da pele. Micróbios como bactérias, no entanto, são compostos por apenas uma célula e, portanto, podem ser prejudicados pela UVB,

    Atribuição

    Modificado por Melissa Ha de Ozone Depletion de Biologia Ambiental por Matthew R. Fisher (licenciado sob CC-BY)