¿Sabías que existía el “ozono bueno” y el “ozono malo”? ¿Y que esta molécula podría ser, dependiendo de la altitud donde se encuentre, absolutamente necesaria para la vida en la Tierra o un gas de efecto invernadero combinado con un contaminante nocivo para la salud? Una mirada retrospectiva a lo que la ciencia sabe, o aún no sabe, sobre esta molécula con múltiples facetas y aún llena de misterios.
Una molécula identificada en 1840
El ozono, presente de forma natural en nuestra atmósfera, fue identificado por el químico alemán suizo CF Schönbein en 1840 durante experimentos de laboratorio. La composición química de esta molécula formada por tres átomos de oxígeno (O3) sólo se descubrió unos años más tarde, en 1865. La palabra ozono Proviene de la palabra latina “ozein” que significa “oler” porque este gas tiene un olor característico que permite detectarlo. Este es el olor que, por ejemplo, produce una impresora durante una tirada, porque el alto voltaje necesario para imprimir puede producir una descarga electrostática lo suficientemente grande como para descomponer el oxígeno y generar este olor.
Dependiendo de si el ozono se encuentra en la estratosfera (entre 15 y 35 kilómetros por encima de nosotros) o en la troposfera (a menos de 10 kilómetros de altitud), puede desempeñar un papel radicalmente diferente para la vida en la Tierra. Esta es quizás su mayor paradoja.
En la estratosfera condiciona la vida en el planeta. Después del oxígeno y el nitrógeno, es el constituyente reactivo más abundante. Aquí es donde se encuentra el 90% del ozono atmosférico, que luego funciona como escudo protector absorbiendo la mayor parte de los dañinos rayos ultravioleta. De este modo, el ozono impide que esta radiación que destruye el ADN llegue a la superficie de la Tierra.
Pero en los años 80, los científicos se dieron cuenta de una realidad preocupante: las actividades humanas habían alterado la capa de ozono, hasta el punto de que cada año en primavera se formaba allí un agujero, amenazando directamente la vida en la Tierra. Esta situación sin precedentes generó luego una reacción sin precedentes, que condujo al desarrollo del primer protocolo ambiental de alcance internacional: el Protocolo de Montreal en 1987. Este acuerdo ratificado por 197 estados permitió de hecho la reducción gradual de sustancias que amenazan la capa de ozono, principalmente. clorofluorocarbonos y halones, utilizados en particular para refrigeración y aire acondicionado.
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El 10% restante del ozono se distribuye en la atmósfera más cerca de la superficie (entre 0 y aproximadamente 10 km) donde ocurren las actividades humanas. Se trata del ozono troposférico que se convierte, a esta altitud, en un contaminante atmosférico con efectos nocivos para la vegetación y la salud humana, cuando los 14.000 litros de aire que respiramos al día de media están especialmente cargados de ozono. Este ozono troposférico es también un importante gas de efecto invernadero resultante de las actividades humanas.
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El impacto del ozono en la salud y la vegetación
Sin embargo, sigue siendo difícil entender cómo se forma porque la química que conduce a la formación del ozono es compleja. De hecho, varios cientos de reacciones en la atmósfera pueden generar ozono bajo el efecto de una cantidad significativa de luz solar y temperaturas favorables. Esto se debe a que los precursores del ozono, es decir, los compuestos que, al reaccionar entre sí, pueden generar ozono, son muy numerosos. Sin embargo, podemos identificar algunos de los principales como los óxidos de nitrógeno (NOx) emitidos por el tráfico automovilístico y las industrias, así como los compuestos orgánicos volátiles (COV) generados por las actividades humanas y emitidos por la vegetación.
Por lo tanto, el ozono troposférico es un contaminante secundario porque no se emite directamente a la superficie de la Tierra. Los episodios de contaminación por ozono suelen registrarse en primavera y verano, por varios motivos: la luz solar es más intensa y los días más largos, proporcionando más energía para las reacciones fotoquímicas necesarias para la formación de ozono. Las altas temperaturas aumentan la tasa de emisiones de precursores (especialmente COV) y, en general, una temperatura más alta aumenta la tasa de reacción de los precursores del ozono, lo que lleva a una producción de ozono más rápida y abundante.
Este compuesto es perjudicial para la salud humana, irrita las vías respiratorias superiores y además tiene un efecto fitotóxico, alterando los principales procesos fisiológicos de las plantas. De hecho, se pueden formar pequeñas manchas necróticas en la superficie de las hojas, lo que reduce la fotosíntesis y, en consecuencia, la productividad de los cultivos y los rendimientos agrícolas. Así, los científicos estiman que las actuales pérdidas globales de rendimiento agrícola son de alrededor del 3% para el maíz y el arroz y de alrededor del 7% para la soja y el trigo.
Gerald Holmes, NASA Universidad Estatal de Carolina del Norte, CC BY
La complejidad de la química del ozono no termina ahí: los NOx y los COV compiten para formar o destruir el ozono. Por lo tanto, una mala calidad del aire con una alta concentración de óxidos de nitrógeno puede destruir el ozono. Esta es una observación que pudimos deducir en nuestro trabajo: las concentraciones de ozono son generalmente más altas en el campo, a 50 o 100 km de las ciudades contaminadas. Allí el ozono tiene el régimen perfecto para formarse: concentraciones ni muy altas ni muy bajas de óxidos de nitrógeno y COV. Esta realidad es otra paradoja del ozono. Pero entonces, ¿qué se puede hacer para controlar mejor esta fuente de contaminación?
Estrategias de vigilancia y reducción del ozono en Europa
Casi 2.000 estaciones en toda Europa llevan a cabo el seguimiento de las concentraciones de ozono en virtud de la Directiva sobre la calidad del aire ambiente de 2008. Los datos satelitales y los modelos de pronóstico, junto con datos in situ, nos permiten mapear el ozono y predecirlo. Esto es, en particular, lo que proporciona el Servicio de Vigilancia de la Atmósfera de Copernicus (CAMS).
Servicio de vigilancia de la atmósfera de Copérnico
Aire ParifCC POR
Para reducir el ozono en la troposfera, la estrategia pasa por reducir las emisiones de sus precursores. Hoy en día, observamos tendencias a la baja para diferentes contaminantes en Francia. Por ejemplo, las concentraciones de partículas finas y NOx disminuyeron una media del 40 % entre 2013 y 2023 en Île-de-France.
Por otra parte, el ozono se mantuvo estable durante el mismo período. Estamos hablando de química altamente no lineal. Si las reducciones de precursores no son equilibradas, pueden conducir a resultados inesperados. Por ejemplo, reducir sólo los óxidos de nitrógeno o sólo los COV sin reducir el otro precursor puede cambiar el equilibrio químico para mantener o incluso aumentar los niveles de ozono. Esto dificulta el diseño de estrategias: la reducción uniforme de las emisiones de precursores no conduce sistemáticamente a reducciones de los niveles de ozono. Por tanto, todos los habitantes de Isla de Francia están expuestos a concentraciones de ozono superiores a los umbrales establecidos por la Organización Mundial de la Salud.
Sin embargo, los efectos del ozono troposférico y, en general, de cualquier contaminante del aire, no son sólo una cuestión local. Las concentraciones de contaminantes también dependen del transporte del propio contaminante, o de sus precursores, desde fuentes situadas a veces a cientos de kilómetros de distancia. Un estudio de 2024 mostró que más del 50% de la mortalidad por ozono en Europa está asociada con el ozono transportado desde fuera del continente.
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Concentraciones futuras de ozono
L’agence européenne de l’environnement note dans son rapport sur la pollution de l’air en Europe, que l’exposition à court terme à l’ozone troposphérique a causé 22 000 décès prématurés dans 41 pays européens en 2021 dont 2 370 en Francia. El aumento de las temperaturas acelerará el proceso químico de formación del ozono troposférico. Esto también amenaza la seguridad alimentaria actual y futura.
Casi dos siglos después de su identificación, el ozono sigue siendo una molécula misteriosa en muchos aspectos.
Por lo tanto, la comprensión científica de los ciclos químicos y el comportamiento fisicoquímico de moléculas clave en la atmósfera, como el ozono, es esencial para establecer estrategias políticas y económicas coordinadas entre países con el fin de reducir los riesgos para la salud y los impactos de las actividades antropogénicas.
