Descubren que el agotamiento de la capa de ozono comenzó décadas antes del descubrimiento del agujero de ozono antártico

El agujero de ozono antártico se descubrió en 1985, cuando los científicos observaron un grave agotamiento de la capa protectora de ozono estratosférico de la Tierra. Los productos químicos industriales conocidos como clorofluorocarbonos (CFC), entonces ampliamente utilizados como refrigerantes, propelentes, agentes espumantes y disolventes, fueron la causa principal de este agotamiento. Tras un esfuerzo global concertado para eliminar gradualmente el uso de CFC, el ozono se está recuperando, especialmente en la Antártida.

El descubrimiento del agujero de ozono fue posible gracias, en parte, a las herramientas de medición disponibles en aquel entonces. Los avances en dichas herramientas, junto con los satélites y otras tecnologías de monitoreo, han permitido desde entonces a los científicos seguir la recuperación del ozono.

Pero ¿qué habría pasado si la tecnología actual hubiera estado disponible mucho antes? ¿Habrían podido los científicos detectar incluso antes los primeros indicios del agotamiento de la capa de ozono provocado por el ser humano? Y de ser así, ¿cuándo y dónde habrían aparecido esos primeros indicios?

Los científicos del MIT ya tienen algunas respuestas. El equipo, liderado por la química atmosférica Susan Solomon, llevó a cabo un experimento mental en el que consideraron un mundo hipotético donde las capacidades actuales de monitoreo atmosférico hubieran estado disponibles durante todo el siglo pasado. En este escenario, simularon la química de la atmósfera a lo largo de la historia y descubrieron no solo cuándo se habría detectado el primer indicio del agotamiento de la capa de ozono, sino también dónde y por qué.

En un estudio publicado hoy en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias, PNAS, los científicos sugieren que los primeros indicios del agotamiento de la capa de ozono aparecieron ya en 1957, unos 30 años antes del descubrimiento del agujero de ozono. Esta primera señal de pérdida de ozono no se produjo en la Antártida, sino en la estratosfera superior de los trópicos. Además, la causa de este agotamiento temprano no se debió a los CFC, sino a otro producto químico industrial: el tetracloruro de carbono.

«Según los libros de texto, los CFC provocan el agotamiento de la capa de ozono», afirma Jian Guan, primer autor del estudio y estudiante de posgrado del Departamento de Ciencias de la Tierra, la Atmósfera y los Planetas (EAPS) del MIT. «Resulta que existía otro compuesto que causaba el agotamiento de la capa de ozono mucho antes que los CFC. Esto fue una gran sorpresa».

Para Solomon, uno de los primeros pioneros en el estudio de los efectos del ozono en la atmósfera y el primero en demostrar que los CFC eran el principal agente de la erosión del ozono antártico, los nuevos resultados fueron una auténtica conmoción.

«El hecho de que el agotamiento de la capa de ozono se hubiera producido ya a finales de la década de 1950, mucho antes de lo que yo hubiera imaginado, me dejó absolutamente asombrado», afirma Solomon, profesora titular de Estudios Ambientales y Química en el MIT. «Este estudio demuestra la importancia de seguir monitorizando la atmósfera para comprender plenamente cómo responde y se recupera».

Conexión de cloro

El ozono es una molécula altamente reactiva, compuesta por tres átomos de oxígeno, que existe de forma natural en las capas superiores de la atmósfera. En la estratosfera, el ozono actúa como un escudo, absorbiendo los rayos solares y reduciendo la radiación ultravioleta dañina que puede llegar a la superficie terrestre.

A finales de la década de 1980, después de que los científicos observaron por primera vez indicios del agotamiento de la capa de ozono en la Antártida, Solomon dirigió expediciones a la región para medir la composición de la estratosfera. Dichas mediciones confirmaron que el agente de destrucción del ozono eran los CFC, sustancias químicas que se utilizaban a nivel mundial en refrigeración, aire acondicionado y propelentes de aerosoles, entre otros usos.

En concreto, Solomon midió niveles de dióxido de cloro superiores a los esperados en la estratosfera antártica. La presencia de esta molécula, en el mismo lugar donde se observaba el agotamiento de la capa de ozono, tenía una única explicación química: el ozono se estaba descomponiendo por la acción de átomos de cloro errantes. En aquel momento, los CFC, ricos en cloro, se utilizaban ampliamente, y el químico del MIT Mario Molina propuso que, si los CFC ascendían a la estratosfera, los fotones del sol podrían descomponer las moléculas y liberar átomos de cloro, que a su vez podrían descomponer los átomos de oxígeno del ozono.

El trabajo de Molina y las mediciones de Solomon fueron clave para demostrar que los CFC podían agotar la capa de ozono, un descubrimiento que le valió a Molina compartir el Premio Nobel de Química de 1995. Poco después, casi todos los países del mundo firmaron el Protocolo de Montreal, que finalmente condujo a la eliminación gradual de los CFC y otras sustancias que agotan la capa de ozono. En los últimos años, como resultado de esa cooperación global, los científicos han observado los primeros indicios de recuperación de la capa de ozono.

“Sabemos lo que tenemos ahora, y la capa de ozono está empezando a recuperarse”, dice Solomon. “Pero nadie ha documentado realmente dónde, cuándo y por qué se produjo el primer agotamiento de la capa de ozono”.

Señal sobre ruido

Para su nuevo estudio, Solomon, Guan y sus colegas adoptaron un enfoque hipotético, planteando la siguiente pregunta: ¿Qué habría pasado si el pasado hubiera tenido las capacidades de monitoreo del presente? ¿Cuándo habríamos podido detectar el primer indicio del agotamiento de la capa de ozono provocado por el ser humano?

Las herramientas de monitoreo actuales son sensibles a una determinada relación señal-ruido, lo que significa que pueden identificar patrones de pérdida de ozono que tienen más probabilidades de ser una "señal" de agotamiento inducido por el ser humano (como el causado por los CFC), en comparación con la pérdida de ozono que se debe al "ruido", como las fluctuaciones aleatorias provocadas por el clima y los fenómenos naturales.

Teniendo esto en cuenta, el equipo intentó reproducir la química de la atmósfera del último siglo para ver si podían detectar alguna señal entre el ruido, basándose en la sensibilidad de las herramientas de monitorización actuales.

El equipo utilizó 16 simulaciones diferentes, cada una de las cuales simula diversas condiciones y dinámicas de la atmósfera en distintas latitudes y altitudes, así como las concentraciones e interacciones del ozono y otras moléculas. El ozono se ve afectado no solo por sustancias químicas de origen humano, sino también por fenómenos naturales como erupciones volcánicas y el fenómeno meteorológico de El Niño. Cada simulación reproduce la respuesta del ozono a estos fenómenos naturales, que el equipo combinó para establecer un rango de "ruido" o agotamiento de la capa de ozono que probablemente se deba a la variabilidad natural.

A cada modelo le añadieron los diversos productos químicos industriales que se sabía que se habían producido en diferentes momentos a lo largo del último siglo.

“Año tras año, contamos con estimaciones de la industria sobre la cantidad de estos productos químicos que se fabricaron y vendieron a nivel mundial, así como sobre las emisiones de todos ellos, que los modelos incluyen”, explica Solomon. “Y en el caso del tetracloruro de carbono, lo realmente interesante es que también disponemos de datos de núcleos de hielo”.

Los núcleos de hielo son cilindros extraídos mediante perforación de hielo profundamente enterrado, que se formaron en la Antártida y el Ártico a partir de la caída y acumulación de nieve durante cientos de años. Estos núcleos contienen los restos de la nieve, así como los componentes químicos presentes en la atmósfera a través de la cual cayó originalmente. Por lo tanto, los científicos pueden utilizar los núcleos de hielo para estimar la composición de la atmósfera a lo largo de la historia.

“En los núcleos de hielo observamos que el tetracloruro de carbono comienza a aumentar ya en la década de 1940”, señala Solomon.

El equipo incorporó datos industriales y de núcleos de hielo a sus modelos y luego analizó si una señal de pérdida de ozono de origen antropogénico destacaba entre las fluctuaciones naturales. Su análisis reveló que sí existía una señal, ya en 1957. No solo observaron cuándo apareció la señal, sino también dónde: en los trópicos, en lugar de en la Antártida.

Los investigadores afirman que la pérdida de ozono provocada por el ser humano probablemente se estaba produciendo a nivel mundial, pero que era más fácil de detectar en la estratosfera superior tropical, ya que es la región donde el rango de fluctuaciones naturales es menor y, por lo tanto, donde una señal puede destacar mejor.

Finalmente, el análisis indicó que el tetracloruro de carbono, y no los CFC, fue la causa del agotamiento más temprano de la capa de ozono.

“Esa es la única sustancia que agota la capa de ozono que empezó a aumentar tan pronto”, dice Solomon. “Empezamos a usar tetracloruro de carbono en la década de 1930 como agente de limpieza en seco y como disolvente desengrasante. No empezamos a usar CFC hasta bastante más tarde”.

El tetracloruro de carbono se ha ido eliminando gradualmente en la mayor parte del mundo, inicialmente debido a sus riesgos para la salud; esta sustancia química puede causar trastornos del sistema nervioso con la exposición prolongada y se sospecha que es cancerígena. Desde que el Protocolo de Montreal comenzó a limitar estrictamente su uso en la década de 1990, las concentraciones de esta molécula en la atmósfera han ido disminuyendo. Aun así, Solomon afirma que el nuevo estudio subraya la necesidad de mantener la vigilancia en el monitoreo del tetracloruro de carbono, los CFC y otras sustancias que agotan la capa de ozono, las cuales, aunque se hayan eliminado gradualmente, pueden persistir durante décadas.

“Hemos hecho un gran esfuerzo para eliminar estos productos químicos”, dice Solomon. “¿No tenemos la obligación de seguir monitoreándolos para asegurarnos de que la atmósfera responda como creemos que debería?”

Fuente: Instituto Tecnológico de Massachusetts, MIT