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¿Qué es la contaminación por ozono?

Publicado en 18 junio, 2019

Envira,

La capa de ozono es un elemento fundamental que protege la tierra y posibilita el desarrollo de vida en su superficie.

Pero el gas que la constituye, el ozono, también tiene un lado menos conocido y más perjudicial, por lo que este artículo tiene como objetivo explicar qué es la contaminación por ozono, cómo afecta a la salud humana y el entorno natural y de qué forma combatir su formación y reducir su concentración en la atmósfera.

Ozono estratosférico y ozono troposférico: un mismo gas, dos comportamientos

El ozono es un gas (a temperatura y presión ambiente) incoloro e inodoro compuesto por 3 átomos de oxígeno, de ahí que su nomenclatura sea O3.

Este gas tiene presencia en dos niveles atmosféricos diferentes, mostrando en cada uno de ellos un comportamiento diferente (Mantilla et al., 2008):

• La estratosfera, capa situada entre los 10-12 km y los 50 km a partir de la superficie terrestre. En esta zona, la capa de ozono filtra la mayor parte de la radiación ultravioleta o radiación UV, evitando que llegue a la Tierra y ocasione daños sobre el ser humano y otras formas de vida. En esta capa, el O3 se forma por efecto de la radiación solar, que rompe las moléculas de oxígeno (O2), recombinándose en O3.

• La troposfera, la capa localizada justo debajo de la estratosfera, es decir, entre la superficie de la Tierra y los 10-12 kilómetros. El ozono presente en este nivel se forma por reacciones fotoquímicas de compuestos atmosféricos que son emitidos tanto por fuentes naturales como antropogénicas. Es decir, el ozono troposférico es un contaminante secundario que en concentraciones elevadas resulta perjudicial para la salud humana y los ecosistemas naturales y que ENVIRA IoT supervisa a través de sus soluciones de monitorización.

Capas de la atmósfera

Fuente: Wikimedia Commons CC BY-SA 4.0 (1)

La química detrás del ozono troposférico

Aunque en el epígrafe anterior se ha señalado cómo se origina el ozono troposférico, conviene incidir de forma más detallada en su formación en tanto en cuando aporta las claves para reducir su concentración.

El O3 más cercano a la superficie terrestre, que en ocasiones se conoce también ozono superficial, se forma por la reacción fotoquímica de diversos compuestos, denominados precursores, en presencia de luz solar, altas temperaturas y baja velocidad del viento. Su concentración, por tanto, suele ser más elevada durante los meses de verano y en condiciones secas acompañadas de altas presiones.

Las principales sustancias que dan origen a esta reacción en cadena son:

• óxidos de nitrógeno (NOx), nombre genérico que incluye el dióxido de nitrógeno (NO2) y óxido nítrico (NO)
• compuestos orgánicos volátiles (COVs),
• monóxido de carbono (CO),
• y metano (CH4),

con una especial incidencia de los dos primeros elementos. El mecanismo básico de formación en el caso de los NOx, por citar un ejemplo, sería (2)

NO + O2 → NO2
NO2 + luz solar → NO + O
O + O2 → O3

Estos compuestos tienen un origen tanto natural como antropogénico, pero son las emisiones que genera la actividad humana (sirva como muestra la quema de combustibles fósiles) las que contribuyen a desestabilizar el equilibrio atmosférico.

¿Por qué las concentraciones de O3 suelen ser más elevadas en las afueras de las ciudades o las zonas rurales?

En la contaminación por ozono se produce una curiosa paradoja: los extrarradios de las ciudades y las áreas rurales suelen registrar concentraciones más elevadas que los centros urbanos.

Esta circunstancia encuentra su explicación en el transporte atmosférico que experimentan las emisiones urbanas. La formación del ozono troposférico no es inmediata, así que mientras se producen las diferentes reacciones, los precursores que dan lugar al O3 pueden ser arrastrados a varios kilómetros de distancia (Gobierno Vasco, 2016; Gobierno de Aragón, 2010; Mantilla et al., 2008).

En las ciudades, de hecho, la reacción química señalada anteriormente se produce de forma inversa, haciendo que el O3 se degrade al reaccionar con los NOx de la siguiente forma:

NO + O3 → NO2 + O2

Este mecanismo permite que en los centros urbanos el ozono se mantenga en equilibrio con los NOx.

Cabe comentar también el singular comportamiento que muestra el ozono en algunas ciudades, generando lo que en el ámbito científico se conoce como “efecto fin de semana” y que se caracteriza por un incremento de las concentraciones de O3 a pesar de la reducción de sustancias precursoras. Una de las hipótesis formuladas para explicar este fenómeno es que la menor concentración de NO derivada de un menor tráfico reduce la degradación del O3, haciendo que aumente su cantidad (Parra, 2017)

¿Qué consecuencias tiene la contaminación por ozono?

Una de las principales características del ozono es su poder oxidativo, que puede conllevar la «destrucción de moléculas, estructuras subcelulares, células, tejido e incluso órganos completos» (Pallardó, s.f.).

Efectos sobre la salud humana

Con respecto a la salud humana, una de las relaciones mejor establecidas es el daño que las exposiciones a corto plazo producen en el sistema respiratorio, con estudios que señalan que la presencia de ozono en concentraciones de 160-360 µg/m3 durante un período de 1-8 horas reduce la función pulmonar.
Asimismo, recientes investigaciones han estudiado qué impacto tienen las exposiciones a largo plazo. En este sentido, Seltzer, Shindell & Malley (2018) estiman en 266 000 el número de muertes prematuras atribuibles a exposiciones prolongadas de O3 durante 2015, especialmente por enfermedades respiratorias. Este estudio destaca también la utilidad de las redes de monitorización para la recopilación de datos, un método que reduce los errores sistemáticos que pueden producirse durante la investigación.

En relación a estos equipamientos, cabe comentar que ENVIRA IoT, como parte de su catálogo de soluciones, ofrece tanto estaciones de medición de calidad del aire como dispositivos IoT que pueden complementar y ampliar la cobertura geográfica de las redes ya existentes.

Otro de los órganos afectados en gran medida por la exposición al ozono es la piel humana, que puede reaccionar provocando eczemas, urticaria o dermatitis de contacto, provocando de igual forma un mayor envejecimiento cutáneo cuando la exposición es prolongada (Fuks, Woodby & Valacchi, 2019).

Efectos sobre los ecosistemas

El ozono también afecta de forma negativa a los ecosistemas, especialmente a la vegetación.

De hecho y según el Departamento de Agricultura de EE.UU., el ozono troposférico causa más daños sobre las plantas que la combinación del resto de contaminantes, ya que penetra en las hojas a través de los estomas y provoca clorosis, que es el amarillamiento del tejido foliar causado por la falta de clorofila, y necrosis (3).

Así, estos efectos se dejan notar en cultivos y bosques, por ejemplo, presentando un menor crecimiento como consecuencia de la reducción en la fotosíntesis, además de otra serie de daños que se recogen en la siguiente tabla.

Consecuencias de la contaminación por ozono
Elaboración propia. Fuente consultada: Felzer, Cronin, Reilly, Melillo & Wang (2007)

¿Cómo combatir el ozono troposférico?

Teniendo en cuenta que en la generación del ozono troposférico concurren tanto precursores naturales como antropogénicos, la mejor manera de reducir la concentración de este contaminante es limitando las emisiones de las actividades humanas que llevan al desequilibrio atmosférico.

Así, medidas como la limitación del tráfico o una mayor participación de las energías renovables en la generación de energía eléctrica en detrimento de los combustibles fósiles pueden contribuir a reducir las emisiones de NOx y COVs, dos de los principales precursores del O3 troposférico. De igual forma, la monitorización estos compuestos, así como de los propios niveles de ozono mediante sistemas de medición en tiempo real como los que ofrece ENVIRA IoT supone un claro beneficio tanto para asegurar la calidad del aire como para advertir a la ciudadanía en caso de necesidad.

Como se puede observar, el ozono es un gas con un comportamiento específico en función de la capa atmosférica en la que se encuentra, distinguiéndose entre el “ozono bueno” o estratosférico y el “ozono malo” o troposférico. Y es justamente este último tipo de ozono que, curiosamente, suele registrar mayores concentraciones fuera de las ciudades, el que requiere mayor atención, tanto por sus efectos sobre la salud humana como por el impacto que origina sobre los ecosistemas naturales.

Referencias:

– (1) Esteban1216. (2018). File:Exosfera.jpg – Wikimedia Commons. https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Exosfera.jpg
– (2) Kirchner, B. (2009). Ozono troposférico. Ciudades para un Futuro más Sostenible. http://habitat.aq.upm.es/temas/a-ozono-troposferico.html
– (3) USDA ARS. (2016). Ozone effects on plants. https://www.ars.usda.gov/southeast-area/raleigh-nc/plant-science-research/docs/climate-changeair-quality-laboratory/ozone-effects-on-plants/
– Felzer, B., Cronin, T., Reilly, J., Melillo, J., & Wang, X. (2007). Impacts of ozone on trees and crops. Comptes Rendus Geoscience, 339(11-12), 784-798. doi: http://doi.org/c6dfqm
– Fuks, K., Woodby, B., & Valacchi, G. (2019). Skin damage by tropospheric ozone. Der Hautarzt. doi: http://doi.org/c7cj
– Gobierno de Aragón. (2010). Cuándo y dónde se dan los niveles más elevados de ozono. http://www.aragonaire.es/ozone.php?n_action=highestlevels
– Gobierno Vasco. (2016). Situación actual del ozono en Euskadi. Vitoria-Gasteiz: Departamento de Medio Ambiente y Política Territorial. http://www.euskadi.eus/contenidos/informacion/ozono_troposferico/es_def/Situaci%C3%B3n%20actual%20del%20ozono%20en%20Euskadi.pdf
– Mantilla, E., Castell, N., Salvador, R., Azorín, C., Millán, M., Miró, J., & Juan, L. (2008). Ozono troposférico y calidad del aire. Valencia: Conselleria de Medi Ambient, Aigua, Urbanisme i Habitatge. Comunitat Valenciana. http://www.agroambient.gva.es/documents/20549779/161512949/Ozono+troposf%C3%A9rico+y+calidad+del+aire.+Libro+completo
– Pallardó, F (s.f.). Daño oxidativo. Facetas de este complejo proceso biológico. Revista de la Sociedad Española de Bioquímia y Biología Molecular (SEEBM). https://www.sebbm.es/revista/articulo.php?id=392&url=dano-oxidativo-facetas-de-este-complejo-proceso-biologico
– Parra, R. (2017). Efecto «fin de semana» en la calidad del aire de la ciudad de Cuenca, Ecuador. Avances En Ciencias E Ingenierías, 9(15). doi: http://doi.org/c7cg
– Seltzer, K., Shindell, D., & Malley, C. (2018). Measurement-based assessment of health burdens from long-term ozone exposure in the United States, Europe, and China. Environmental Research Letters, 13(10), 104018. doi: http://doi.org/c7ch

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