Alta atmósfera

Bases

La formación del ozono

 La biosfera, los animales de nuestro planeta, así como la vida humana  se hizo posible debido a la formación del ozono en la estratosfera. El ozono nos protege de las radiaciones  UV-C y UV-B (luz con una longitud de onda de 320nm), que daña las biomoléculas. En la historia de la Tierra el ozono pudo formarse después de la liberación del oxígeno a la atmósfera entre 2000 y 600 millones de años antes de nuestro tiempo. ¿ Pero cómo?

La luz ultravioleta produce la formación y destrucción del ozono

En la estratosfera hay dos formas de oxígeno: el oxígeno normal O₂, que consiste en dos átomos de O, y el ozono O₃, que consiste en tres átomos de O. Para transformar una forma en la otra se necesita luz UV intensa. El enlace O-O de una molécula de oxígeno se rompe y el átomo de oxígeno formado reacciona con oxígeno (y por razones energéticas un compañero de colisión M) y forma ozono. Esta luz UV (flecha amarilla) proviene del sol.

De manera análoga, el ozono se destruye por fotolisis, si el enlace O-O de una molécula  de ozono se rompe por la luz del sol. En este caso el átomo de O formado reacciona con otra molécula de ozono y forma dos moléculas de oxígeno O₂.

Formación en los trópicos, acumulación en regiones polares

Como la radiación solar es más fuerte sobre los trópicos, aquí se forma la mayoría del ozono total. Sin embargo, el sol en los trópicos no sólo produce formación de ozono, sino que también eleva el aire troposférico a altas altitudes.

El ozono se transporta desde el ecuador hasta los polos, donde se acumula en las frías regiones subpolares. En el propio ecuador, la formación de ozono así como  las roturas fotoquímicas son altas, por lo que el ozono no puede acumularse. Sin embargo, en las regiones subpolares, la rotura fotoquímica es baja y el transporte desde el ecuador es una fuente importante. Los valores en los propios polos son bajos, en particular en invierno, cuando no se puede formar ozono adicional durante la noche polar. Por lo tanto, los valores más altos de ozono se observan sobre las regiones polares, mientras que el sistema no sea perturbado por la formación del agujero de la capa de ozono en la primavera antártica.

3. El esquema de la derecha muestra el transporte de ozono teórico. La simulación incluída muestra la distribución del ozono medido entre el polo y el ecuador ( valores bajos = azul, valores altos = rojo). Es obvio que cerca del ecuador el aire con bajo contenido de ozono se eleva a altas altitudes. Datos de GOME (DLR, IUP Bremen).
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El ozono absorbe la luz UV

La misma luz UV que es necesaria para la formación del ozono, es absorbida por las moléculas de la capa de ozono. Esto tiene tres consecuencias:

1) Esta luz no alcanza las partes bajas de la atmósfera, y por lo tanto la superficie de la Tierra está protegida.
2) La cantidad de ozono que se puede acumular es limitada. Cuando aumenta la concentración de ozono, la probabilidad de descomposición aumenta también. Esto lleva a un equilibrio.
3) La luz UV contiene energía. Esta energía se transforma en radiación calorífica y produce el calentamiento de la estratosfera. Esta es la razón por la que se produce una inversión de la tendencia de la temperatura en la tropopausa.

Grosor de la capa de ozono

El término capa de ozono a menudo se malinterpreta. Capa de ozono significa, que comparado con la troposfera que se encuentra debajo, y con la mesosfera que se encuentra encima, en la estratosfera  hay una alta fracción de moléculas de ozono entre una altitud de 18 y 40 km. Sin embargo, esta fracción es muy pequeña comparado con el oxígeno y el nitrógeno. No más de 10 entre un millón de moléculas son de ozono. Pero como la cantidad de ozono en la troposfera es menor y el 90% de todo el ozono atmosférico está en la estratosfera, y por eso llamamos a esta región la capa de ozono. Esto no significa que haya en alguna parte de la atmósfera una fina película de ozono.

Unidades Dobson (DU)

Sin embargo, el ozono a menudo se mide en Unidades Dobson (DU). 300 DU es un valor típico. ¿Qué significa esto? Si suponemos que todas las moléculas de ozono no se reparten en la estratosfera y un 10%  por la troposfera, sino que se concentran en una fina película en el suelo, el grosor de esta película sería más o menos de 3mm ( = 300DU).  1 DU = 0,01mm de grosor de la película de ozno puro en el suelo.

Sobre esta página:

autor: Dr. Elmar Uherek - MPI for Chemistry, Mainz
correción pedagógica: Michael Seesing - Univ. of Duisburg - 02-07-2003, Dr. Ellen K. Henriksen - Univ. of Oslo
supervisor científico: Dr. John Crowley - MPI for Chemistry, Mainz 06-05-2004
supervisor pedagógico: Hendrik Förster & students, Nordpfalz Gymnasium Kirchheim-Bolanden - Marzo 2004
última publicación: 10-05-2004