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La capa de ozono es una zona de la parte superior de la estratosfera que contiene unos niveles de ozono (O3superiores a los del resto de la atmósfera. Mientras la concentración media de ozono en la atmósfera es de 0.3 ppm, en la capa de ozono se pueden alcanzar las 10 ppm, lo que hace que contenga el 90% de todo el ozono atmosférico.

Además del ozono, la estratosfera también contiene altas cantidades de oxígeno gaseoso (O2), vapor de agua y otros gases inorgánicos, principalmente óxidos de nitrógeno, óxido de halógenos, colorofluorocarbonos (CFCs), metano y gases de azufre, todos ellos gases de larga vida provenientes de la troposfera.

La radiación que nos llega del Sol abarca un amplio rango de longitudes de onda. Además de la luz visible, también incluye radiación infrarroja y radiación ultravioleta (UV). Aunque la radiación ultravioleta es necesaria para muchos procesos biológicos, por ejemplo el ser humano la utiliza para sintetizar vitamina D, también es muy nociva.

Si la superficie terrestre recibiera la radiación UV total que llega al planeta, la mayoría de seres vivos probablemente morirían. Afortunadamente, la capa de ozono hace de pantalla y filtra la mayor parte de la radiación UV.

La radiación UV se divide en varios tipos según su longitud de onda. Los más dañinos, el ultravioleta extremo y el UV-C, son absorbidos por la atmósfera casi totalmente:

  1. UV-A: 315 – 400 nm. No es absorbido en la capa de ozono
  2. UV-B: 280 – 315 nm. Es absorbido por el ozono en gran cantidad.
  3. UV-C: 100 – 280 nm. Es absorbido prácticamente en su totalidad por el oxígeno molecular y el ozono.
  4. Ultravioleta extremo: 10 – 100 nm. Es absorbido prácticamente en su totalidad por el nitrógeno atmosférico.

Ciclo ozono-oxígeno y la protección UV

Las condiciones que se dan en la zona superior de la estratosfera hacen posible que se cree un proceso cíclico de interconversión ozono-oxígeno que absorbe gran parte de la radiación UV. En este proceso podemos distinguir tres etapas:

  1. Creación de ozono
  2. Ciclo ozono-oxígeno
  3. Retirada de ozono
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Creación de ozono

En la zona superior de la estratosfera, la radiación ultravioleta procedente del Sol rompe las moléculas de oxígeno molecular (fotolisis) y se obtienen dos átomos de oxígeno separados. El oxígeno atómico es muy reactivo y se une rápidamente a moléculas de oxígeno molecular (O2) para formar ozono.

O2 + ℎνuv → 2 O·

O· + O2 → O3

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Ciclo ozono-oxígeno

Las moléculas de O3 son bastante inestables y la radiación ultravioleta las descomponen rápidamente de nuevo en oxígeno atómico y O2:

O3 + ℎνuv → O2 + O·

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El oxígeno atómico producido reacciona rápidamente con una molécula de O2 para producir otra vez O3:

O· + O2 → O3 + EK

Dónde EK es el exceso de energía que se libera en forma de calor. Debido a la inestabilidad del O3 y la reactividad del oxígeno atómico, el ciclo se da mucho más rápido que las etapas de creación y retirada de O3. Así se mantiene la capa de ozono en unas condiciones estables y es capaz de proteger a la superficie terrestre de la mayor parte de la radiación UV y calentar la estratosfera.

Ciclo ozono-oxígeno
Ciclo ozono-oxígeno

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Retirada de ozono

La retirada de ozono se produce mediante la formación de oxígeno molecular, que se puede dar por varias vías:

O3 + O· → 2 O2

y

2 O· → O2

La concentración de ozono en la estratosfera depende de la tasa de creación por la radiación ultravioleta y la tasa de retirada. Dado que la concentración de oxígeno atómico es muy baja, la retirada es un proceso muy lento, lo que permite que se alcancen las altas concentraciones de ozono que se dan en la estratosfera.

Algunos radicales libres, como el hidroxilo (OH), óxido nítrico (NO) y halógenos como el cloro (Cl) o el bromo (Br), catalizan la reacción y pueden aumentar la tasa de retirada.

El hidroxilo y el óxido nítrico están presentes en la estratosfera de forma natural pero algunas actividades humanas pueden aumentar su concentración. Uno de los peores contaminantes para la capa de ozono son los hidrocarburos halogenados, como los clorofluorucarbonos (CFCs), que también catalizan la reacción de retirada y son una de las principales causas de la reducción de la capa de ozono.

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