Ozono

Ozono

Orígen

El ozono es un gas incoloro formado por tres átomos de oxígeno que existe a nivel de la superficie de la tierra (ozono troposférico) y a nivel estratosférico (ozono estratosférico). El ozono troposférico se refiere también como ozono malo y el estratosférico como ozono bueno. A nivel troposférico, el ozono es un contaminante secundario. Es decir, no se emite como tal sino que se forma a partir de reacciones químicas entre otros contaminantes presentes en la atmósfera (contaminantes primarios), específicamente de la reacción entre óxidos de nitrógeno (NOx; NO y NO2) y compuestos orgánicos volátiles (COV), una reacción catalizada por la luz solar. Otros precursores del ozono además de NOx y COV incluyen monóxido de carbono (CO) y metano (CH4). El ozono es uno de los principales componentes del smog. Por sus efectos a la salud de organismos (animales y vegetales) y ecosistemas, el ozono es considerado un índice criterio de la calidad del aire.

 Ozono troposférico (el ozono malo). La tropósfera es la parte de la atmósfera en contacto con la superficie terrestre y tiene una altura entre 12-20 km, dependiendo del punto específico en el planeta. En la tropósfera se emiten óxidos nitrógeno (NOx) y compuestos orgánicos volátiles (COV). Los óxidos de nitrógeno se emiten principalmente por fuentes móviles (vehículos de combustión interna), uso de combustibles, procesos industriales, fuentes biogénicas e incendios, siendo las tres primeras las más importantes. Los compuestos orgánicos volátiles se emiten principalmente de fuentes biogénicas, incendios, procesos industriales, uso de solventes y en menor medida por consumo de combustible y fuentes agrícolas. Como la formación del ozono es catalizada por la luz solar, se esperan mayores concentraciones de ozono en días y estaciones soleadas (verano, por ejemplo) aunque también es posible alcanzar niveles altos en estaciones más frías. Los precursores de ozono se generan principalmente en ambientes urbanos, pero el ozono puede transportarse a grandes distancias por efecto del viento por lo que también se le puede encontrar en escenarios rurales. La concentración de ozono en la tropósfera no es uniforme y varía de hora a hora, de día a día y de localización a localización.

 

Capas de la atmósera

Capas de la atmósfera terrestre. Tropósfera 0-12 km, estratósfera 12-50 km.

 

Química de formación del ozono troposférico. En la tropósfera, el ozono se forma como resultado de reacciones químicas complejas. Pero, en forma resumida y simplista se da en dos pasos. Primero la luz ultravioleta del sol rompe la molécula de oxígeno (O2) dando como resultado dos átomos de oxígeno (O). Posteriormente, los átomos de oxígeno producidos (O) reaccionan con otra molécula de oxígeno (O2) formando ozono (O3). A su vez, el ozono (O3) producido puede descomponerse por acción de la luz ultravioleta del sol produciendo oxígeno molecular (O2) y un átomo de oxígeno electrónicamente excitado (O*).

O2 + luz UV → O + O
O + O2 → O3
O3 + luz UV → O* + O2

Por su parte, el dióxido de nitrógeno (NO2), producido de fuentes móviles y estacionarias, por acción de la luz ultravioleta del sol se fragmenta en óxido de nitrógeno (NO) y oxígeno atómico (O). El oxígeno atómico (O), a su vez, reacciona con oxígeno molecular (O2) formando ozono (O3).

NO2 + luz UV → NO + O
O + O2 → O3

Los compuestos orgánicos volátiles (COV), también producidos por fuentes móviles y estacionarias, oxidan el óxido de nitrógeno (NO) a bióxido de nitrógeno (NO2) y por esa razón su presencia en la tropósfera tiene un papel fundamental en la generación de ozono. La generación de ozono es, por lo tanto, producto de la presencia de óxidos de nitrógeno (NOx) y compuestos orgánicos volátiles (COVs). Por esa razón es importante controlar las emisiones de esos contaminantes primarios.

Ozono estratosférico (el ozono bueno). La estratósfera es la capa de la atmósfera que se encuentra después de la tropósfera y hasta una altura de aproximadamente 50 km. El ozono estratosférico (el ozono bueno) se encuentra naturalmente en esta capa donde forma una capa protectora para todos los organismos del planeta contra los dañinos rayos ultravioleta del sol. Desafortunadamente, el abundante ozono en la estratosfera ha sido parcialmente destruido por compuestos químicos como los clorofluorocarbonos usados en refrigeración. Ese es el origen del agujero de ozono.

O3 diagrama

 Efectos a la salud

Efectos del ozono troposférico. El ozono es un agente altamente oxidante que tiene efectos tanto en la salud de poblaciones humanas, como en la salud de plantas, animales y en general en la salud de ecosistemas. En la población humana, los individuos más susceptibles son los niños, los adultos mayores, las personas que sufren de enfermedades respiratorias como el asma e individuos que realizan actividades enérgicas al aire libre (personas que practican algún deporte o trabajadores). El ozono afecta el sistema respiratorio y el sistema cardiovascular. Algunos efectos del ozono incluyen toz, irritación de garganta, inflamación de vías respiratorias y dolor de pecho, entre otras. En general, el ozono empeora afecciones respiratorias.

 Otros efectos

En plantas, el ozono tiene también efectos adversos, aunque algunas plantas son más sensibles que otras. En general, el ozono puede reducir la fotosíntesis, dañar hojas y otras partes de la planta, disminuir el crecimiento, disminuir la producción de frutos y predisponer las plantas a enfermedades, al daño por plagas, al daño por otros contaminantes ambientales y al daño por estrés hídrico. El efecto de ozono en plantas puede ocasionar perdida de diversidad de especies y cambios en calidad y diversidad de hábitats potencialmente afectando ecosistemas completos. En general, las plantas severamente afectadas por ozono muestran manchas irregulares color blanquecino a marrón de entre 1 y 4 mm de diámetro. Debido a que muchas plantas son comercializables, el ozono puede causar pérdidas económicas considerables. El tabaco es un ejemplo de una planta comercializable muy sensible a los efectos del ozono. Otras plantas comercializables sensibles al ozono incluyen sorgo, algodón, cacahuate, clavo, trigo y maíz. Aún más, la exposición de plantas a altas concentraciones de ozono tiene también impacto en la fertilidad del suelo, principalmente debido a una modificación en las poblaciones bacterianas del suelo que procesan carbono y contribuyen su fertilidad; plantas expuestas a altas concentraciones de ozono metabolizan menos bióxido de carbono, menos carbono se manda a las raíces y al suelo circundante, lo que limita el crecimiento de bacterias. El ozono no solo daña organismos también daña materiales inanimados incluyendo telas (naturales y sintéticas), plásticos, colorantes, pinturas, barnices y caucho, entre otros.

 

Efecto de ozono en tabaco

Hoja de una planta de tabaco expuesta a concentraciones dañinas de ozono

 

 Criterio de calidad del aire

En México, el criterio para evaluar la calidad del aire con respecto a ozono está establecido en la NOM-020-SSA1-2014.