Rarefação da Camada de Ozono
A Rarefação da Camada de Ozono[pt] ou Rarefação da camada de ozônio[br] refere-se ao lento e constante declínio de aproximadamente 4 porcento por década no volume total de ozono na estratosfera da Terra desde o final da década de 1970, e um muito maior, mas sazonal, declínio na camada estratosférica de ozono sobre as regiões polares da Terra durante o mesmo período. Este segundo fenómeno é comumente referido como o buraco da camada de ozono. Além deste conhecida destruição do ozono estratosférico, há também eventos de esgotamento do ozono troposférico, que ocorrem perto da superfície em regiões polares durante a primavera.
O buraco no ozônio é geralmente medido pela redução no total de ozônio da coluna acima de um ponto na superfície da Terra. Isso normalmente é expresso em unidades Dobson; abreviado como "DU". A diminuição mais proeminente do ozônio ocorreu na estratosfera inferior. Diminuições acentuadas no ozônio da coluna na primavera antártica e no início do verão em comparação ao início da década de 1970 e antes foram observadas usando instrumentos como o espectrômetro de mapeamento total do ozônio (TOMS). De acordo com a NASA e a NOAA, o buraco anual de ozônio - que consiste em uma área de ozônio fortemente empobrecido, alta na estratosfera acima da Antártica, entre 11 e 40 quilômetros acima da superfície - atingiu sua extensão máxima de 6,3 milhões de milhas quadradas em 8 de setembro de 2019 e depois encolheu para menos de 3,9 milhões de milhas quadradas durante o restante de setembro e outubro. Durante anos com condições climáticas normais, o buraco no ozônio normalmente cresce no máximo cerca de 13 milhões de quilômetros quadrados.
O ozônio é um componente natural da atmosfera, sendo um gás em baixa concentração que desempenha diferentes funções nas várias camadas atmosféricas. A altura da coluna de ozônio, que representa sua concentração total, é em média de cerca de 350 unidades Dobson, o que equivale a aproximadamente 0,035 metros sob condições padrão. Para comparação, a altura da coluna de toda a atmosfera é cerca de 8.031 metros sob as mesmas condições, enquanto a coluna de argônio, um gás nobre, mede 74 metros, e a de dióxido de carbono, 2,5 metros. Esses números evidenciam quão reduzida é a quantidade de ozônio na atmosfera e a grande sensibilidade da camada de ozônio associada a essa baixa concentração. Na atmosfera exposta ao sol, o ozônio entre aproximadamente 35 e 70 quilômetros de altitude tem uma vida útil inferior a um dia, uma escala de tempo muito menor do que os processos de transporte atmosférico nessa região. Nessa altitude, a química do ozônio é dominada por processos fotoquímicos em vez de transporte atmosférico. Conforme a radiação solar atravessa a atmosfera, sua intensidade diminui, resultando em menos energia disponível para reações fotoquímicas em altitudes mais baixas. Dessa forma, a vida útil do ozônio abaixo de cerca de 25 quilômetros se estende de meses a anos, e tanto os processos fotoquímicos quanto os de transporte passam a influenciar o equilíbrio de ozônio na baixa estratosfera.
Primeiros trabalhos
Em 1839, o químico germano-suíço Christian Friedrich Schönbein anunciou ter descoberto uma nova substância, que chamou de "ozônio", derivando o nome da palavra grega ozein ( ὄζειν ), que significa "a coisa cheirosa". Ao realizar experimentos de eletrólise da água, ele percebeu um odor característico, indicando a presença de um novo composto, que se tratava de uma forma alotrópica de oxigênio. Schönbein sugeriu que o ozônio poderia ter um papel importante na atmosfera como desinfetante contra doenças epidêmicas e incentivou a realização de medições precisas de ozônio no ar. Para isso, ele criou um "ozonômetro" feito de papel de amido iodado, mas os dados obtidos eram pouco confiáveis devido à interferência de fatores climáticos, como velocidade do vento e umidade.
Desenvolvimento de clorofluorcarbonos
Também em 1930, a Frigidaire, subsidiária da General Motors e uma das principais fabricantes de refrigeradores nos Estados Unidos, buscava uma alternativa segura e não inflamável para os refrigerantes em uso na época. Até o final dos anos 1920, substâncias como amônia, clorometano e dióxido de enxofre eram usadas em sistemas de refrigeração e ar-condicionado, mas esses compostos apresentavam riscos devido à toxicidade ou inflamabilidade. Thomas Midgley, então pesquisador na General Motors, foi encarregado de solucionar esse problema. Com o apoio de Albert Leon Henne, Midgley focou na síntese de clorofluorcarbonos (CFCs), que eram atóxicos e altamente estáveis quimicamente. O primeiro CFC lançado no mercado foi o diclorodifluorometano, conhecido comercialmente como "Freon 12". Para produzir e comercializar refrigerantes à base de CFC, a General Motors e a DuPont fundaram a Kinetic Chemical Company em 1930. Em reconhecimento ao seu trabalho, Midgley foi premiado em 1937 com a Medalha Perkin pela Sociedade da Indústria Química. Em pouco tempo, o Freon e outros CFCs similares substituíram os refrigerantes tóxicos e inflamáveis anteriormente utilizados.
Paradeiro dos clorofluorocarbonos
As primeiras evidências da presença de clorofluorcarbonos (CFCs) na atmosfera foram obtidas por James Lovelock, no início dos anos 1970, ao utilizar um cromatógrafo a gás com detector de captura de elétrons, inventado por ele. Durante férias na Península de Beara, na Irlanda, Lovelock detectou triclorofluorometano, um composto que não possui fontes naturais conhecidas e cuja origem estava distante do local de medição. Posteriormente, ele encontrou esse CFC em amostras de ar coletadas na Antártica durante uma expedição com o navio de pesquisa RV Shackleton da British Antarctic Survey. As medições de Lovelock evidenciaram que, uma vez emitidos, os CFCs permanecem na atmosfera e são dispersos globalmente por meio de processos de transporte atmosférico.
Descoberta do buraco na camada de ozônio
Estimava-se que a destruição global do ozônio pelos CFCs aconteceria lentamente, causando uma redução de pequena porcentagem na camada, o que, segundo cálculos da EPA, resultaria em aumento da radiação UV-B e, consequentemente, em mais casos de câncer de pele. No entanto, em 1985, Joe Farman publicou um estudo revelando uma descoberta surpreendente: uma redução quase completa do ozônio sobre o Polo Sul na primavera antártica, que pela primeira vez chamou a atenção mundial para o "buraco" na camada de ozônio. Esse buraco corresponde a uma área onde a concentração total de ozônio cai para menos de 220 unidades Dobson. Investigações posteriores mostraram que os dispositivos de medição a bordo dos satélites Nimbus da NASA, registraram essa destruição da camada de ozônio e identificaram o próprio buraco. No entanto, os algoritmos usados para processar os dados interpretaram os valores extremamente baixos de ozônio como erros de medição, descartando-os. Uma nova análise dos dados brutos dos instrumentos do satélite confirmou posteriormente a formação do buraco na camada de ozônio. A descoberta de que essa destruição severa do ozônio antártico ocorreu em poucos anos, desde o final dos anos 1970, gerou grande preocupação.
Século 21
No século 21, avanços importantes foram alcançados na compreensão das nuvens estratosféricas polares e seu papel nas reações heterogêneas que afetam a camada de ozônio. Com a ajuda de medições espectrométricas de massa realizadas por balões, foi possível detectar partículas grandes, incluindo o tri-hidrato de ácido nítrico, que se sedimentam rapidamente, promovendo a desnitrificação na baixa estratosfera. Medições de LIDAR identificaram partículas líquidas em nuvens polares, compostas por soluções ternárias super-resfriadas de ácido sulfúrico, ácido nítrico e água. Tanto a desnitrificação quanto a ativação de gases de reserva em aerossóis com ácido sulfúrico contribuem para a destruição da camada de ozônio polar.
No Estados Unidos da América
A questão da destruição da camada de ozônio tornou-se um tema importante na política ambiental a partir da década de 1970, especialmente nos Estados Unidos, quando começaram as investigações sobre o impacto das emissões de aeronaves supersônicas na destruição do ozônio estratosférico. Esse interesse surgiu com o desenvolvimento do Concorde pela França e pelo Reino Unido, do Tupolev Tu-144 pela União Soviética e dos planos para a construção do Boeing 2707 nos Estados Unidos. O Instituto de Tecnologia de Massachusetts alertou para os possíveis danos causados pelas emissões de exaustos de uma frota planejada de aeronaves supersônicas, destacando que tais emissões poderiam gerar poluição na estratosfera, prejudicando a camada de ozônio. O químico atmosférico Harold S. Johnston, então professor associado na Universidade de Stanford, demonstrou que os óxidos de nitrogênio presentes nas emissões seriam particularmente prejudiciais para o ozônio estratosférico.
Medidas políticas internacionais
Na segunda metade da década de 1970, ficou evidente que a destruição da camada de ozônio só poderia ser enfrentada por meio de uma ação conjunta internacional. Em 1977, durante uma reunião do Programa das Nações Unidas para o Meio Ambiente (PNUA), foi elaborado um “Plano de Ação Mundial para a Camada de Ozônio”, que contou com a adesão de 32 países. O plano estabeleceu as prioridades de pesquisa sobre os diferentes fatores que contribuem para a destruição da camada de ozônio e seus impactos socioeconômicos. Além dos Estados Unidos e do PNUA, a Organização Meteorológica Mundial (OMM), a Organização para Cooperação e Desenvolvimento Econômico (OCDE) e a Comunidade Econômica Europeia (CEE) também participaram de iniciativas de pesquisa e regulamentação para evitar a degradação da camada de ozônio. O PNUMA criou um grupo de trabalho específico com o objetivo de elaborar uma convenção global para a proteção do ozônio, o que resultou na criação da “Convenção de Viena para a Proteção da Camada de Ozônio”, adotada em março de 1985, durante uma conferência com a presença de 43 países.
As substâncias que contribuem para a destruição da camada de ozônio são classificadas com base em diferentes critérios. Além da sua composição química, os gases envolvidos são categorizados como gases de origem, gases de produto, gases de reservatório e gases reativos, conforme o papel que desempenham nesse processo. Os gases de origem são compostos liberados na troposfera que, por meio de reações fotolíticas, liberam espécies químicas que destroem o ozônio na estratosfera. Conforme sua origem, podem ser inteiramente antropogênicos, tanto antropogênicos quanto naturais, ou predominantemente naturais, provenientes de ambientes terrestres ou aquáticos. Esses gases de origem também são classificados segundo sua vida útil na atmosfera. Os gases de vida longa, com duração superior a meio ano, são conhecidos como "substâncias destruidoras da camada de ozônio" (ODS, na sigla em inglês). Já as substâncias com vida útil inferior a seis meses são chamadas de "substâncias de vida muito curta" (VSLS, sigla do inglês very short-lived substances).
Substâncias que destroem a camada de ozônio
Os gases de origem de longa vida incluem substâncias contendo halogênios, como clorofluorcarbonos total e parcialmente halogenados, halons (compostos com bromo e flúor), tetracloreto de carbono, clorometano e bromometano. Na Europa, muitas dessas substâncias são reguladas pelo Regulamento (CE) nº 1005/2009. Os clorofluorcarbonos (CFCs) são compostos não tóxicos e não inflamáveis formados por carbono, cloro e flúor. Eles podem ser fabricados por métodos como a fluoração de cloroalcanos com fluoreto de hidrogênio em catalisadores de fluoreto de alumínio, além de outros processos técnicos. A produção global de CFCs aumentou de 544 toneladas em 1934 para 812.522 toneladas em 1974. Durante a década de 1980, as emissões globais de compostos como triclorofluorometano, diclorodifluorometano e 1,1,2-tricloro-1,2,2-trifluoroetano atingiram entre 800.000 e 1.100.000 toneladas anuais. Ainda hoje, a produção e o uso de certos anestésicos halogenados, como isoflurano, desflurano e sevoflurano, são permitidos, mas, além de sua capacidade de destruir a camada de ozônio, essas substâncias possuem um elevado potencial de aquecimento global. Em 2015, cerca de 3.300 toneladas desses compostos foram emitidas.
A fissão fotolítica de gases fonte, como os CFCs e halons, na estratosfera superior, é a principal responsável pela liberação de átomos de halogênio. No entanto, grande parte desses átomos reage rapidamente para formar gases de reservatório, como nitrato de cloro (ClONO₂) e cloreto de hidrogênio (HCl), que, isoladamente, não participam diretamente na destruição da camada de ozônio. Nas camadas mais baixas da estratosfera, onde a concentração de gases fonte ainda é significativa, a formação de gases reservatório é predominante, ocorrendo por reações entre gases reativos, como o monóxido de cloro (ClO) e o dióxido de nitrogênio (NO₂), ou entre cloro atômico (Cl) e metano (CH₄). O bromo liberado na estratosfera também é convertido em gases de reservatório, como brometo de hidrogênio (HBr) e nitrato de bromo (BrONO₂). No entanto, esses gases são menos estáveis que seus equivalentes clorados. Por isso, em uma base atômica, o bromo é cerca de 50 vezes mais eficiente na destruição do ozônio do que o cloro.
O processo de destruição da camada de ozônio, como ocorre com os CFCs (clorofluorcarbonetos), inicia-se com a liberação desses gases na superfície terrestre. Como os CFCs possuem alta longevidade, suas taxas de degradação são menores do que as de emissão. Além disso, eles são praticamente insolúveis em água, o que impede sua remoção, levando ao acúmulo na troposfera. Embora essas moléculas tenham maior massa molar que os principais componentes do ar, elas se misturam completamente na troposfera devido às forças dos ventos. Através da circulação atmosférica global, os CFCs migram para a estratosfera, sendo transportados pelo movimento do ar que sobe nas regiões tropicais e se desloca em direção aos polos, onde afunda. Na estratosfera superior, os CFCs são fotolisados pela radiação ultravioleta (UV), liberando átomos de cloro. Parte desses átomos de cloro contribui diretamente para a destruição do ozônio na estratosfera superior, enquanto outra parte é convertida em gases de armazenamento mais estáveis, como o nitrato de cloro e o cloreto de hidrogênio, que são posteriormente transportados para camadas mais baixas da estratosfera.
Reações químicas envolvidas
As reações que levam à destruição da camada de ozônio podem ser divididas em reações em fase gasosa e reações heterogêneas: Além disso, há a conversão de gases residuais em compostos reativos ou gases de armazenamento, que também ocorre na estratosfera. As espécies químicas envolvidas nessas reações incluem predominantemente óxidos de hidrogênio, nitrogênio, halogênios ou halogênios atômicos. Geralmente, essas reações incluem pelo menos um radical livre. Essas reações contribuem para a conversão de gases de armazenamento em gases reativos e para a remoção de compostos de nitrogênio da estratosfera. Como resultado, esses compostos de nitrogênio deixam de ser capazes de desativar compostos reativos de cloro e bromo, intensificando a destruição do ozônio. Predominantemente, moléculas não radicalares participam dessas reações heterogêneas.
Reações em fase gasosa
O ciclo ozônio-oxigênio, também conhecido como ciclo de Chapman, descreve o processo pelo qual o ozônio é formado e decomposto continuamente na estratosfera por reações fotoquímicas. Esse ciclo começa com a fotólise do oxigênio molecular (O₂), que ocorre quando a radiação ultravioleta (UV-C) com comprimento de onda menor que 242 nanômetros atinge a molécula, dividindo-a em dois átomos de oxigênio (O). Esses átomos livres são altamente reativos e podem interagir com moléculas de oxigênio (O₂) na presença de um mediador inerte, como nitrogênio ou outra molécula de oxigênio. Essa reação resulta na formação de moléculas de ozônio (O₃). O 2 → h ν 2 O {\displaystyle \mathrm {O_{2}\xrightarrow {h\nu } \ 2\ O} }
Reações heterogêneas
As reações heterogêneas envolvem, por exemplo, a reação entre os gases de reservatório, como nitrato de cloro e cloreto de hidrogênio, que formam ácido nítrico e cloro molecular. Também ocorrem a reação do nitrato de cloro com a água, gerando ácido nítrico e ácido hipocloroso, e a reação do ácido hipocloroso com o cloreto de hidrogênio, formando água e cloro molecular. Durante o inverno polar, as reações fotolíticas acontecem de maneira limitada, o que resulta na conversão completa dos gases de reservatório em gases reativos na estratosfera antártica, uma vez que as reações heterogêneas ocorrem a uma taxa muito mais alta do que as reações em fase gasosa que regeneram os gases de reservatório. Somente com o início da radiação solar na primavera polar é que moléculas como o cloro ou o ácido hipocloroso são fotolisadas, liberando cloro atômico, que destrói o ozônio de forma catalítica.
Grandes erupções vulcânicas frequentemente perturbam o equilíbrio de radiação terrestre por vários anos, principalmente devido à emissão de dióxido de enxofre. Outros gases sulfurosos emitidos pelos vulcões, como sulfeto de hidrogênio e sulfeto de carbonila, são rapidamente oxidados para formar dióxido de enxofre. Esse composto reage com o radical hidroxila, formando bissulfito, que é posteriormente oxidado em trióxido de enxofre. Ao entrar em contato com água, o trióxido de enxofre gera ácido sulfúrico. S O 2 + O H + M → H O S O 2 + M {\displaystyle \mathrm {SO_{2}+OH+M\xrightarrow {\ } HOSO_{2}+M} } H O S O 2 + O 2 → H O 2 + S O 3 {\displaystyle \mathrm {HOSO_{2}+O_{2}\xrightarrow {\ } HO_{2}+SO_{3}} } S O 3 + H 2 O → H 2 S O 4 {\displaystyle \mathrm {SO_{3}+H_{2}O\xrightarrow {\ } H_{2}SO_{4}} } Os aerossóis de sulfato resultantes na estratosfera têm efeitos opostos: resfriam a superfície da Terra ao refletir a radiação solar, mas aquecem a estratosfera ao absorver a radiação terrestre. Além disso, esse resfriamento pode reduzir a quantidade de vapor d’água na atmosfera, enfraquecendo o efeito estufa e intensificando o resfriamento. Esse mesmo mecanismo de feedback também pode amplificar o aquecimento.
A erupção do Pinatubo em 1991
A erupção do Monte Pinatubo, em junho de 1991, foi a mais significativa do século XX e teve seus efeitos amplamente acompanhados por diversos instrumentos da NASA e da NOAA (Administração Nacional Oceânica e Atmosférica), a agência norte-americana responsável por monitorar oceanos e atmosferas. Entre os equipamentos utilizados estavam o Experimento II de Aerossol e Gás Estratosférico, instalado no Satélite de Orçamento de Radiação Terrestre da NASA, além de balões, aeronaves e dispositivos terrestres, todos focados em medir as emissões de dióxido de enxofre, a dispersão de aerossóis, bem como as concentrações de ozônio e outros gases residuais. Os dados obtidos foram fundamentais para compreender o impacto dessa erupção na camada de ozônio.
A erupção vulcânica de Hunga Tonga em 2022
A erupção do vulcão Hunga Tonga, em 2022, lançou cerca de 150 milhões de toneladas de água a uma altitude de até 55 quilômetros, registrando a pluma vulcânica mais alta já observada. Esse evento causou aquecimento estratosférico e uma redução de 0,5 ppmv no ozônio na região da pluma vulcânica, indicando uma ativação heterogênea significativa do cloro, provavelmente desencadeada pela presença de aerossóis vulcânicos úmidos. Depois de o menor buraco na camada de ozônio da Antártica desde 1982 ser registrado em 2019, em setembro de 2023, ele alcançou 26 milhões de quilômetros quadrados, tornando-se o 12º maior desde 1979. Esse aumento foi possivelmente influenciado pela pluma de vapor d’água emitida pela erupção do Hunga Tonga. O excesso de água na atmosfera aumentou a concentração de radicais hidroxila, o que contribuiu para a destruição da camada de ozônio na estratosfera superior. Na estratosfera inferior, o excesso de água provavelmente intensificou a formação de nuvens polares estratosféricas, exacerbando a destruição do ozônio induzida por compostos halogenados.
Principais províncias magmáticas
As principais províncias magmáticas estão associadas a pelo menos três, e possivelmente todas as cinco, grandes extinções em massa na história da Terra. Algumas dessas erupções, como as que ocorreram na Sibéria e na Índia, duraram milhões de anos e geraram impactos ambientais significativos. Evidências como esporos e pólens mutantes encontrados nas fronteiras Permiano-Triássico e Triássico-Jurássico sugerem que a atividade vulcânica pode ter causado destruição na camada de ozônio, expondo a flora a níveis elevados de radiação UV-B e causando danos severos. Além disso, fenômenos como aquecimento global, chuvas ácidas e o aumento de metais tóxicos nos oceanos contribuíram para as perturbações ambientais, potencialmente agravadas pela destruição da camada de ozônio. Contudo, avaliar o impacto isolado de cada um desses fatores nas extinções em massa permanece um desafio.
Impacto dos Incêndios florestais
Grandes incêndios florestais, como os que ocorreram na Austrália em 2019/2020, geram nuvens pirocumulonimbus que transportam fumaça e gases residuais para a estratosfera. As partículas de fuligem produzidas nesses eventos são geralmente maiores do que as de sulfato, oferecendo uma área superficial mais ampla para reações químicas heterogêneas. Além disso, a fuligem aquece a estratosfera de forma mais eficaz, pois absorve tanto a radiação solar que entra quanto a radiação infravermelha que sai. Esses efeitos, combinados com os gases residuais, resultaram na destruição de cerca de 50 unidades Dobson de ozônio nas massas de ar afetadas. Os incêndios florestais australianos de 2020 causaram o primeiro impacto significativo na temperatura global da estratosfera inferior desde a erupção do Monte Pinatubo em 1991. Meses após os incêndios, foi registrado um esgotamento de ozônio na estratosfera em latitudes médias.
A camada Junge
A camada Junge, batizada em homenagem a Christian Junge, ex-diretor do Instituto Max Planck de Química em Mainz, é uma camada global de aerossóis localizada entre 15 e 30 quilômetros de altitude, com uma espessura variando de 3 a 9 quilômetros. Ela é composta por aerossóis diluídos, predominantemente de ácido sulfúrico. Esses aerossóis se formam a partir da oxidação de compostos contendo enxofre, como dióxido de enxofre, sulfeto de hidrogênio, sulfeto de dimetila, dissulfeto de carbono e sulfeto de carbonila, originados de fontes vulcânicas e biológicas. As reações heterogêneas, em que gases reativos são liberados a partir de gases de reservatório, não ocorrem apenas nas nuvens estratosféricas polares, mas também em latitudes médias. Nessas regiões, as gotículas de sulfato presentes na camada Junge oferecem superfícies para esses processos, incluindo a liberação de cloro molecular, contribuindo para a dinâmica química da atmosfera.
Os impactos da destruição da camada de ozônio na saúde podem ser classificados como diretos e indiretos. Um efeito direto é o aumento da radiação UV atingindo a pele ou os olhos, causando danos agudos, como queimaduras solares, e crônicos, como câncer de pele e cataratas. Indiretamente, o aumento da radiação UV na troposfera pode intensificar a formação de ozônio troposférico, associado a doenças respiratórias. A radiação UV é dividida em UV-A, UV-B e UV-C. Enquanto a radiação UV-C, altamente prejudicial, é totalmente absorvida pelo oxigênio e ozônio na atmosfera superior, cerca de 95% da UV-B é filtrada pela camada de ozônio. A radiação ultravioleta representa 8-9% da radiação solar, sendo 6,3% de UV-A e 1,5% de UV-B. Segundo a Agência de Proteção Ambiental dos EUA (EPA), uma redução de 1% no ozônio estratosférico aumenta em 2% a radiação UV-B que atinge a superfície. Embora a radiação UV-B tenha efeitos positivos, como sua contribuição para a síntese de vitamina D e na fotoquimioterapia (UV-A), o aumento dessa radiação é prejudicial, pois proteínas e ácidos nucleicos podem ser danificados pela sua absorção.
Efeitos na saúde
Um dos principais efeitos negativos da destruição da camada de ozônio na saúde humana é o aumento na incidência de câncer de pele, devido à maior exposição à radiação UV-B, que possui forte efeito cancerígeno. Segundo a Agência de Proteção Ambiental dos EUA (EPA), um aumento de 1% na radiação UV-B está associado a um crescimento de 2 a 5% nos casos de câncer de pele não melanoma, além de contribuir para o aumento no melanoma maligno. Na Alemanha, em 2020, o melanoma maligno representou 4,7% dos casos de câncer em homens e 4,9% em mulheres, sendo o quarto tipo de câncer mais comum entre elas, atrás do câncer de mama, cólon e pulmão. Esses números não incluem os casos de câncer de pele não melanoma.
Ecossistemas
Os ecossistemas terrestres englobam uma variedade de ambientes, incluindo terras agrícolas, florestas, pastagens, savanas, desertos e tundras. O aumento na radiação UV-B afeta a vegetação de diversas formas, prejudicando o equilíbrio desses ecossistemas. A fotossíntese, processo essencial para o crescimento das plantas, é particularmente impactada pela formação de espécies reativas de oxigênio (EROs), que danificam os pigmentos fotossintéticos, prejudicando a capacidade das plantas de realizar esse processo vital. Além dos danos diretos causados pela radiação UV, o aumento dessa radiação também contribui para o aumento da concentração de ozônio troposférico. O ozônio troposférico tem um efeito oxidante, o que pode inibir o crescimento das plantas, afetando a produtividade das culturas e dos ecossistemas naturais.
Fotodegradação de materiais de construção
Biopolímeros, como a madeira, e plásticos produzidos industrialmente desempenham um papel crucial na indústria da construção, especialmente em materiais expostos ao sol, como telhados, revestimentos de plástico ou madeira, caixilhos de janelas e tubos de plástico. Na Europa Ocidental e nos Estados Unidos, cerca de um terço dos plásticos produzidos são utilizados na construção e na agricultura. No entanto, esses materiais sofrem degradação acelerada devido ao aumento da radiação UV-B, o que reduz sua durabilidade e vida útil. Isso significa que, com a destruição da camada de ozônio e o aumento da exposição à radiação UV, materiais que anteriormente eram duráveis se tornam mais suscetíveis ao desgaste e à deterioração. Uma possível solução seria substituir esses materiais por alternativas mais resistentes à luz solar, mas essa substituição aumentaria os custos e representaria um encargo financeiro adicional devido à destruição da camada de ozônio.
Impacto nas mudanças climáticas
As mudanças climáticas ocorrem devido à ação dos gases de efeito estufa no sistema climático global, enquanto a destruição da camada de ozônio é causada por determinadas substâncias. Embora a destruição da camada de ozônio e as mudanças climáticas não sejam causas diretas uma da outra, há áreas em que elas estão interligadas. Uma conexão clara é que as substâncias responsáveis pela destruição do ozônio, bem como o ozônio em si, são também gases de efeito estufa. A absorção de radiação infravermelha emitida pela Terra pelo ozônio acontece tanto na estratosfera quanto na troposfera, e, juntamente com o aquecimento da estratosfera pela absorção de radiação UV, afeta a estrutura térmica da atmosfera.
O monitoramento das concentrações de ozônio e a identificação de outros gases residuais são realizados por meio de instrumentos instalados em satélites e aeronaves, além de sondas em balões meteorológicos e dispositivos terrestres. As estações em solo acompanham os níveis de ozônio utilizando balões meteorológicos, espectrofotômetros lidar e instrumentos Dobson. Os métodos padrão de sensoriamento remoto também incluem fotometria de ozônio por absorção UV de feixe duplo, espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier, espectroscopia de absorção óptica diferencial e radiometria de micro-ondas. A transmissão e o processamento desses dados meteorológicos são realizados por meio do “Sistema Global de Telecomunicações”, uma rede gerenciada pela Organização Meteorológica Mundial.
Medições baseadas no solo
Um espectrofotômetro Dobson é um instrumento terrestre projetado para medir o conteúdo de ozônio na atmosfera, comparando a intensidade da luz ultravioleta (UV) em comprimentos de onda que são fortemente e fracamente absorvidos pelo ozônio. Os resultados são expressos em unidades Dobson (DU), onde 100 DU equivalem a uma camada de ozônio com 1 milímetro de espessura, considerando condições padrão de temperatura e pressão. O primeiro espectrofotômetro Dobson foi construído por Gordon Dobson na década de 1920, com o objetivo de investigar variações na coluna de ozônio. As observações contínuas começaram em 1925 em Arosa, na Suíça, conduzidas por Paul Götz. Esses registros, junto a outras medições de longo prazo, foram fundamentais para compreender as flutuações na concentração de ozônio antes do impacto dos clorofluorocarbonetos na camada de ozônio.
Medições de balão
As sondas eletroquímicas de ozônio, acopladas a balões meteorológicos, permitem medir a concentração de ozônio enquanto o balão sobe a altitudes de aproximadamente 30 a 35 quilômetros. Essas sondas possuem duas células eletrolíticas, ambas contendo uma solução de iodeto de potássio. O ar amostrado é bombeado através da solução, onde o ozônio reage com o iodeto de potássio na presença de água, produzindo iodo, oxigênio e hidróxido de potássio: 2 KI + O 3 + H 2 O ⟶ I 2 + O 2 + 2 KOH {\displaystyle {\ce {2 KI + O3 + H2O -> I2 + O2 + 2 KOH}}} A reação cria um desequilíbrio entre as células, gerando uma corrente elétrica proporcional à pressão parcial de ozônio no ar. Uma das vantagens desse método é a compactação da célula, que utiliza apenas alguns mililitros de solução de iodeto de potássio, além de ser relativamente barata de fabricar.
Medições de aeronaves
Na estratosfera inferior, medições químicas são realizadas utilizando aeronaves e drones. A NASA e a NOAA empregam diversas plataformas de alta altitude, como duas versões modificadas do Lockheed U-2, conhecidas como ER-2 (Earth Resources), e, desde outubro de 2009, os drones Global Hawk. Já na década de 1970, a NASA utilizou dois WB-57F Canberras, identificados como NASA 926 e NASA 928, para estudos atmosféricos em grandes altitudes. Essas aeronaves operam a cerca de 20 quilômetros de altitude, com alcances variando entre 4.600 e 18.500 quilômetros. Além de estudos meteorológicos, essas missões focaram na medição de gases fotoquimicamente ativos, investigando processos em nuvens estratosféricas polares e reações heterogêneas que contribuem para a destruição da camada de ozônio nas regiões polares. Outro ponto de estudo foi o impacto das erupções vulcânicas e dos aerossóis de ácido sulfúrico na química do ozônio em latitudes médias.
Medições baseadas em satélite
Os métodos mais comuns para determinar o ozônio por satélite incluem medições de radiação ultravioleta retroespalhada, espectroscopia no infravermelho e técnicas de ocultação. A ocultação envolve o estudo da atmosfera terrestre analisando a obstrução do Sol ou de estrelas nas faixas ultravioleta, visível e infravermelha próxima. A técnica de ocultação estelar permite determinar a distribuição noturna de gases residuais. O primeiro instrumento espacial a aplicar a ocultação estelar para análise atmosférica foi o GOMOS (Monitoramento Global de Ozônio por Ocultação de Estrelas, do inglês, Global Ozone Monitoring by Occultation of Stars), a bordo do satélite europeu Envisat, em operação entre 2002 e 2012. Seu objetivo era mapear a distribuição de ozônio e outras substâncias, como dióxido de nitrogênio, radical nitrato e vapor d'água, na média atmosfera, em altitudes de 15 a 100 quilômetros.
