Cubierta protectora
2005/06/01 Galarraga Aiestaran, Ana - Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria
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el todo emite radiación electromagnética de todas las longitudes de onda, pero no todas llegan a la superficie terrestre. La mayor parte de la radiación de alta energía se obstruye en las capas superiores de la atmósfera. Allí, las moléculas se dividen y los átomos pierden algunos de sus electrones, convirtiéndose así en iones. Así, por encima de los 80 km, la atmósfera tiene numerosos iones y electrones libres. Esta parte de la atmósfera se denomina ionosfera.
Por debajo, a una altura de 20-25 km, se encuentra la capa de ozono que impide que la radiación de longitud de onda corta llegue a la superficie terrestre, los rayos ultravioleta. Sus efectos son conocidos por los dermatólogos, que provocan cáncer y quemaduras graves en la piel humana. ¡Menos mal que casi todo se detiene!
A pesar de que la capa de ozono es realmente protectora y eficaz, no creas que sea una cubierta gruesa: si la superficie terrestre estuviera sometida a presión atmosférica, sólo tendría un espesor de tres milímetros. Sin embargo, si desapareciera, el Sol, nuestro vividor, se convertiría en mortal.
El ozono está formado por tres átomos de oxígeno que se forman gracias a la radiación ultravioleta. De hecho, en la parte superior de la atmósfera la luz ultravioleta divide la molécula de oxígeno, quedando dos átomos de oxígeno libres. Cuando uno de ellos pasa a la estratosfera y se une a una molécula de oxígeno, se forma la molécula de ozono. En ocasiones, el átomo de oxígeno se une a una molécula de nitrógeno formando óxido nitroso.
Por otra parte, cuando la luz ultravioleta se encuentra con el ozono, divide la molécula de ozono formando una nueva molécula de oxígeno y un átomo de oxígeno. El ozono es, por tanto, un ciclo de formación y destrucción constantes.
El agujero necesita parche
Sin embargo, el ciclo de ozono se corta fácilmente por cloro, flúor o bromo atómico. Estos elementos se encuentran en varios compuestos estables, principalmente clorofluorocarbonos (CFC). Si los CFCs llegan hasta la estratosfera, los rayos ultravioletas los dividen y los átomos quedan libres. Un único átomo de cloro es capaz de romper 100.000 moléculas de ozono.
También hay que tener en cuenta los aviones supersónicos, que arrojan óxido nitroso y agua. Al volar en la parte inferior de la estratosfera, son muy perjudiciales para la capa de ozono.
De lo contrario, la concentración de ozono varía mucho con la latitud, más gruesa en el ecuador y más fina en los polos. Los investigadores estiman que la concentración de ozono en el hemisferio norte está disminuyendo un 4% anual. Asimismo, aproximadamente el 4,6% de la superficie terrestre carece de capa de ozono, que son los agujeros de la capa de ozono. Esto significa que en estos lugares no hay escudo que proteja de la radiación ultravioleta.
Hace tiempo que los científicos alertaron sobre el posible impacto de la pérdida de la capa de ozono. La disminución de la densidad de la capa de ozono en un 1% parece suponer un incremento del 3% en la probabilidad de padecer cáncer de piel. Para evitar el riesgo, los gobiernos ya han comenzado a tomar medidas para evitar la destrucción de la capa. Los primeros fueron los suecos, que en 1978 prohibieron los aerosoles que dañan la capa de ozono.
A pesar de la posterior apertura de medidas internacionales, la preocupación no ha desaparecido: En agosto de 2003, la Asociación Geofísica de EE.UU. informó que la pérdida de ozono certero se estaba ralentizando, mientras que el agujero sobre la Antártida fue el segundo más grande de todos los tiempos. Además, ahora han visto que la capa de ozono sobre el Ártico ha sido más delgada que nunca en la primavera invernal de este año.
Si bien es cierto que la prohibición de los CFCs ha sido favorable, no hay que olvidar que la capa de ozono también está influenciada por otras sustancias utilizadas por el hombre, como metanos, óxidos nitrosos, partículas de sulfato, etc. Por lo tanto, los investigadores seguirán atentos al espesor de la capa para evitar un adelgazamiento excesivo.
Cálido
En cualquier caso, la protección frente a las radiaciones no es más que un beneficio para la atmósfera. Y es que, como dice Fernando Mijangos, del Departamento de Química Física de la UPV, “la atmósfera es la manta de la Tierra, sin ella la temperatura media del planeta sería de -18 ºC”.
El efecto invernadero de la atmósfera debe que la Tierra tenga una temperatura media de 15ºC y que los cambios de temperatura entre la noche y el día no sean excesivos. Llama la atención que en la atmósfera apenas haya otros gases, además del nitrógeno y el oxígeno, y sin embargo algunos de estos gases que se encuentran a bajas concentraciones son responsables del efecto invernadero.
Desde el punto de vista biológico, el oxígeno y el nitrógeno son esenciales: se aprovechan del oxígeno para oxidar los nutrientes, obteniendo energía y el nitrógeno es fundamental para la producción de aminoácidos. Pero ninguno de los dos se hace responsable de la temperatura del planeta. Las moléculas formadas por dos átomos no afectan al efecto invernadero, pero sí al efecto invernadero las formadas por tres o más átomos.
De hecho, el principal causante del efecto invernadero es el dióxido de carbono, al que se debe aproximadamente el 60% del total. Le sigue el metano, con aproximadamente un 20%, seguido de los CFCs con un 14%. Finalmente, el óxido nítrico genera un 6%.
El dióxido de carbono y otros trabajan como cristales de invernaderos. Aunque parte de la energía procedente del sol se absorbe en las capas altas de la atmósfera, la mayor parte de la misma llega a la superficie terrestre. La propia Tierra absorbe parte de la radiación y el resto lo refleja en forma de infrarrojo. Sin embargo, estos gases actúan como espejos y devuelven el calor hacia la superficie terrestre. Por tanto, la temperatura del planeta aumenta.
De la tapa de algodón a la sintética
Sin embargo, en los últimos tiempos la concentración de estos gases en la atmósfera está aumentando debido a la actividad humana. Al comienzo de la revolución industrial, la concentración de dióxido de carbono era de 280 ppm. Sin embargo, en la actualidad supera las 350 ppm. La mayor parte de las emisiones de dióxido de carbono a la atmósfera se producen por la quema de combustibles fósiles y otra parte por la deforestación. Los CFCs siguen siendo utilizados en numerosas actividades industriales, el metano se genera en procesos anaerobios y el óxido nitroso en la combustión y en la degradación de fertilizantes.
Al aumentar cada uno de ellos, además, se refuerzan otros procesos y, finalmente, el impacto es exponencial. Por ejemplo, cuando aumenta el dióxido de carbono en la atmósfera, la temperatura aumenta, por lo que el aire puede tomar más agua que antes. Además, se evapora más agua del mar. Y el propio vapor de agua también contribuye al efecto invernadero.
Por otro lado, hay que tener en cuenta que el mar absorbe gran cantidad de dióxido de carbono, pero un aumento de la temperatura reduciría la disolución de gases, lo que incrementaría la acumulación de dióxido de carbono en la atmósfera.
Sin embargo, no es previsible qué va a ocurrir, ya que todos los procesos están interrelacionados. Por ejemplo, la unión de moléculas de vapor de agua provocará nubes que dificultarán la energía del Sol, por lo que es posible que las nubes ayuden a enfriar un poco la Tierra.
Sin embargo, sin duda alguna, el aumento del efecto invernadero va a influir. Y, según muchos investigadores, si la tendencia no cambia, las consecuencias serán perjudiciales. Mijangos utiliza de nuevo la comparativa de la manta para advertir de las posibles consecuencias de estos cambios: “Las tapas fabricadas con nuevos materiales calientan más que las clásicas de algodón, por lo que al principio se cogen a gusto, pero luego nos damos cuenta de que aportan un montón de calor”.
¿Hasta qué punto nos preocupan los cambios que se están produciendo? Los expertos no coinciden en las conclusiones ni en las previsiones, pero la inmensa mayoría están preocupados y creen que hay que tomar medidas para restaurar la situación antes de que sea demasiado tarde. Pero no sólo depende de los expertos.
Escudo contra los meteoros
Además de ser un filtro potente y una buena tapa, la atmósfera es un escudo duro. ¡Mira la Luna llena de agujeros y cráteres! La Luna no está protegida contra los materiales que le llegan del espacio. Pues la Tierra tendría ese aspecto si no tuviera el paraguas de la atmósfera.
Cada día cientos de toneladas de material entran a la atmósfera. Casi todas son partículas pequeñas, de pocos miligramos. Su entrada a la atmósfera es extremadamente rápida, a una velocidad de 40 km/s o superior. A esta velocidad las partículas se calientan y emiten luz a medida que se deshacen. Se llaman estrellas fugaces.
No todos tienen el mismo brillo, cuanto mayor es el brillo. Los más grandes se llaman bolidos o bolas de fuego y son espectaculares, no sólo por su brillo, sino porque permiten ver cómo se deshacen. A veces el sonido que emiten al explotar llega a la superficie terrestre y se puede oír una especie de zumbido. La huella del camino que recorre en el cielo puede durar varios minutos.
Sin embargo, la atmósfera no protege de todas las partículas. Las rocas de varias decenas de metros de diámetro también se deshacen al atravesar la atmósfera, pero las más grandes consiguen llegar hasta el suelo. Son meteoros y dependiendo de su tamaño pueden causar daños apreciables en la zona de caída.
Y es que la velocidad que traen los meteoros no es despreciable y liberan una enorme energía. Cuéntanos: Un objeto de 35 metros de diámetro liberaría aproximadamente la energía equivalente a la suma de 65 explosivos como la bomba que destruyó Hiroshima, una bomba nuclear de varios megatones.
Afortunadamente, no se caen todos los días. Se calcula que un objeto de 10 metros de diámetro produce una décima parte de energía de un megatón que entra en la atmósfera cada diez años. Como se explota en la propia atmósfera, no produce daños. Los objetos de un kilómetro de diámetro liberan energía de cien mil megatios y tocan la Tierra cada cien mil años. Los de diez kilómetros de diámetro caen cada cien millones de años y su influencia es terrible.
Parece ser que los dinosaurios desaparecieron hace 65 millones de años por culpa de un meteorito de estas características. Algunos pueden discutir la influencia del meteorito en la desaparición de los dinosaurios, pero no hay duda de dónde cayó: Creado en Chicxulube, México, el cráter tiene 180 kilómetros de diámetro y casi 50 kilómetros de profundidad. ¡Menos mal que los meteoros con capacidad de perforación atmosférica son tan raros!
Arriba ángel, abajo demonio
Es curioso que allí arriba, en la estratosfera, la misma molécula que beneficia tanto sea venenosa aquí, en la troposfera. Sí, el ozono es un contaminante nocivo en la parte baja de la atmósfera que causa graves daños a la salud humana y a las plantas.
El ozono no se emite a la atmósfera como otros contaminantes, no hay fuentes contaminantes de ozono. Aunque parte del ozono presente en la troposfera es producido por agentes naturales, la mayor parte procede de reacciones de sustancias químicas emitidas como consecuencia de la actividad humana. Como estas reacciones son impulsadas por la luz del sol, la concentración de ozono es mayor en primavera y verano que en otras estaciones del año.
En las grandes ciudades no es raro que las autoridades adviertan al público que la concentración de ozono ha llegado a niveles peligrosos. En estos casos, recomiendan estar dentro y no realizar ejercicio físico en el exterior, adoptando medidas para reducir el tráfico y las emisiones de la industria.
El ozono causa problemas e irritación del aparato respiratorio en el hombre, entre otros. Pero su influencia en las plantas no es más dulce: daña las células, amortigua la fotosíntesis e impide el crecimiento de la planta. La persistencia de la contaminación por ozono provoca pérdidas en la agricultura. Las plantas más sensibles son las herbáceas, luego las frondosas y las más duras las coníferas.
