Ozono troposférico

O ozono troposférico é o ozono que se encontra na primeira capa da atmosfera terrestre, a troposfera, onde actúa como un contaminante. O ozono (O3) é relativamente abundante na estratosfera, onde forma a capa de ozono e alí é un gas beneficioso que nos protexe das radiacións ultravioleta. Ao contrario, é só un gas traza na troposfera, onde ten unha concentración media de 20-30 partes por mil millóns en volume (ppbv), pero chega a ter preto de 100 ppbv en áreas contaminadas. A troposfera esténdese desde o chan ou o nivel do mar ata unha altura variable duns 14 km sobre o nivel do mar.
O ozono está menos concentrdo na capa do chan (ou capa do límite planetario) da troposfera. A súa concentración aumenta a medida que se incrementa a altura sobre o nivel do mar, chegando a unha concentración máxima na tropopausa. Aproximadamente un 90% do ozono total da atmosfera está na estratosfera e o 10% restante na troposfera. Aínda que o ozono troposférico está menos concentrado que o ozono estratosférico, é preocupante polos seus efectos sobre a saúde. O ozono na troposfera é considerado un gas de efecto invernadoiro, e pode contribuír ao quecemento global.
As reaccións fotoquímica e químicas nas que intervén o ozono impulsan moitos dos procesos químicos que ocorren na troposfera polo día e pola noite. A concentracións anormalmente altas (a maior fonte son as emisións pola queima de combustibles fósiles), é un contaminante e un constituínte do smog.
A fotólise do ozono ten lugar a lonxitudes de onda por debaixo duns 310-320 nanómetros. Esta reacción inicia a cadea de reaccións químicas que eliminan o monóxido de carbono, metano e outros hidrocarburos da atmosfera por oxidación. Por tanto, a concentración de ozono troposférico afecta a como estes compostos permanecen no aire. Se a oxidación do monóxido de carbono ou metano ocorre en presenza de monóxido de nitróxeno (NO), esta cadea de reaccións ten como resultado a produción neta de ozono, que se engade ao sistema. Medida
O ozono da atmosfera pode medirse por tecnoloxías de detección remota ou por tecnoloxías de monitorización in situ. Como o ozono absorbe luz no espectro ultravioleta, o modo máis común de medir o ozono é medir a cantidade dese espectro de luz que é absorbido pola atmosfera. Como a estratosfera ten unha maior concentración de ozono que a troposfera, é importante para os instrumentos de detección remota poder determinar a altitude xunto coas medidas de concentración. O instrumento TOMS-EP que leva un satálite da NASA é un exemplo de medición por satélite da capa de ozono, e o TES é un exemplo de satélite de medición do ozono específico para a troposfera. O lidar é unha técnica de detección remota común desde o chan para medir o ozono. Por exemplo, nos Estados Unidos a TOLnet é a rede de lídars para a observación do ozono nese país.
As ozonosondas son unha forma de medida local ou in situ. Unha ozonosonda é un instrumento de medida do ozono montado nun globo meteorolóxico, para que o instrumento poida medir directamente a concentración do ozono a varias altitudes ao longo do ascenso do globo pola atmosfera. A información recollida polo instrumento unido ao globo é transmitida usando tecnoloxía de radiosonda. A NOAA fixo traballos para crear unha rede global de medidas de ozono troposférico usando ozonosondas.
O ozono é tamén medido en redes de monitorización ambiental da calidade do aire. Nestas redes, utilízanse monitores de ozono in situ baseados nas propiedades de absorción UV do ozono para medir os niveis en partes por mil millóns (ppb) no aire ambiental. Formación
A maioría da formación do ozono troposférico ocorre cando os óxidos de nitróxeno (NOx), monóxido de carbono (CO) e compostos orgánicos volátiles (COV), reaccionan na atmosfera en presenza de luz solar no espectro UV. Os NOx, CO e COVs son considerados precursores do ozono. Os escapes dos motores dos vehículos, as emisións industriais e os solventes químicos son as principais fontes antropoxénicas destes precursores do ozono. Aínda que os precursores do ozono orixínanse a miúdo en áreas urbanas, os ventos poden transportar os NOx a centos de qulómetros de distancia, causando a formación de ozono tamén en rexións menos poboadas.
As reaccións químicas que producen ozono troposférico son unha serie de ciclos interrelacionados (coñecidos como ciclos HOx e NOx). Empezan coa oxidación do monóxido de carbono (CO) ou COVs (como o butano). O proceso empeza coa oxidación de CO e COVs por un radical hidroxilo (•OH) para formar dióxido de carbono (CO2) e auga (H2O) no caso da oxidación do CO. Estas reaccións oxidantes producen despois o radical peroxi (HO2•) que reacciona co NO para producir NO2. O NO2 é seguidamente fotolisado durante as horas diúrnas, orixinando NO e un átomo de oxíxeno. Este oxíxeno atómico reacciona con oxíxeno molecular (O2) para producir ozono (O3).
Velaquí un esquema da cadea de reaccións que acontecen na oxidación do CO, producindo O3:
A reacción empeza coa oxidación de CO polo radical hidroxilo (•OH). O radical aducto (•HOCO) é inestable e reacciona rapidamente co oxíxeno para dar un radical peroxi (HO2•): •OH + CO → •HOCO
•HOCO + O2 → HO2• + CO2
Os radicais peroxi despois seguen reaccionando con NO para producir NO2, que é fotolisado pola radiación UV-A para dar un oxíxeno atómico en estado fundamental, o cal despois reacciona co oxíxeno molecular para formar ozono. HO2• + NO → •OH + NO2
NO2 + hν → NO + O(3P), λ<400 nm
O(3P) + O2 → O3
nótese que estas tres reaccións son as que forman a molécula de ozono e ocorren da mesma maneira na oxidación de CO ou VOCs.
A cantidade de ozono producido por medio destas reaccións no aire ambiental pode ser estimada usando unha relación de Leighton modificada. O límite destes ciclos interrelacionados produtores de ozono é a reacción do •OH con NO2 para formar ácido nítrico a altos niveis de NOx. Se o que está presente é o monóxido de nitróxeno (NO) a niveis moi baixos na atmosfera (menos de 10 ppt aproximadamente), os radicais peroxi (HO2• ) formados a partir da oxidación reaccionarán entre eles para formar peróxidos e non se produce ozono. Efectos sobre a saúde
Os efectos sobre a saúde dependen dos precursores do ozono, que son un grupo de contaminantes, principalmente xerados durante a queima de combustibles fósiles. A reacción dos traios ultravioleta diúrnos (UV) e estes precursores crea contaminación por ozono a nivel do chan (troposférico).
O ozono ten os seguintes efectos sobre a saúde ás concentracións comúns no aire urbano: Irritación do sistema respiratorio, causando tose, irritación da gorxa ou sensación desagradable no peito.
A redución da función pulmonar, fai máis difícil respirar profundamente e vigorosamente. A respiración pode facerse máis rápida e menos profunda do normal e a capacidade dunha persoa de realizar actividades vigorosas pode quedar limitada.
Agravamento do asma. - Cando os niveis de ozono son altos, son máis frecuentes os ataques de asma que requiren atención médica ou o uso de medicación. Unha razón disto é que o ozono fai a máis xente sensible aos alérxenos, que á súa vez desencadean os ataques de asma.
Incremento da susceptibilidade a infeccións respiratorias.
Inflamación e danos no revestimento dos pulmóns. En poucos días, as células danadas despréndense e son substituídas. Os estudos feitos en animais indican que se este tipo de inflamación ocorre repetidamente nun longo período de tempo (meses, anos ou toda a vida), os tecidos pulmonares poden quedar permanentemente danados, orixinando unha perda da funcionalidade pulmonar e unha menor calidade de vida.
Un estudo estsatístico de 95 grandes comunidades urbanas nos Estados Unidos de América atopou unha asociación significativa entre os niveis de ozono e a morte prematura. O estudo estimou que unha redución dun terzo das concentracións de ozono en áreas urbanas salvaría unhas 4000 vidas ao ano. O ozono troposférico causa aproximadamente 22000 mortes prematuras ao ano en 25 países da Unión Europea. Cambio climático
A fusión dos xeos do Ártico libera cloro molecular, o cal ao recibir radiación ultravioleta produce radicais de cloro. Como os radiais cloro son moi reactivos, poden acelerar a degradación do metano e ozono troposféricos e a oxidación do mercurio a formas máis tóxicas. A produción de ozono aumenta durante as vagas de calor, porque as plantas absorben menos ozono. Un exemplo de mortes causadas por esta razón observouse no Reino Unido, onde se estimou que a redución da absorción de ozono polas plantas foi a responsable da perda de 460 vidas no caloroso verán de 2006. Unha investigación similar para avaliar os efectos conxuntos do ozono e a calor durante as vagas de calor de 2003 en Europa concluíu que estas parecían ser aditivas.