VI Sistemas Ambientales y Sociedades

Belén RuizIES Santa Clara.

1ºBACHILLER “SISTEMAS AMBIENTALES Y SOCIEDADES”Dpto Biología y Geología.

http://biologiageologiaiessantaclarabelenruiz.wordpress.com/bachillerato-internacional/sistemas-ambientales-y-sociedades/

6. SISTEMAS ATMOSFÉRICOS Y SOCIEDADES (10 HORAS)

6.1. Introducción a la atmósfera

6.2 Ozono estratosférico

6.3 Nieblas contaminantes fotoquímicas

6.4 Deposición (lluvia) ácida

CONTENIDOS

Preguntas fundamentales: Este tema puede resultar especialmente apropiado para considerar las preguntas

fundamentales B, E y F.

VI Sistemas Ambientales y Sociedades

Belén RuizI.E.S. Santa Clara.

1ºBACHILLERDpto Biología y Geología.

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6.2. OZONO ESTRATOSFÉRICO

Meteoritos

Auroras polares

EverestTropopausaCapa

de Ozono

Estratopausa

TROPOSFERA

ES

TAR

TOS

FER

AM

ES

OS

FER

ATE

RM

OS

FER

A

Pre

sión

(mb)

Tem

pera

tura

(0 ºC

)

TROPOSFERA(0-12 km de espesor variable; 7 km en los polos y 17 km en el ecuador).Contiene el 80 % de la masa de aire y casi todo el vapor de agua (99 %).Es turbulenta y en ella se producen los fenómenos meteorológicos.Su límite superior se denomina tropopausa (-70ºC).

ESTRATOSFERA Hasta los 50 km. altura. Contiene pocos gases (0,02%) y es estable.

El aire se mueve en estratos. Su temperatura aumenta hasta 0oC debido

a la absorción de UV por ozono. La ozonosfera está 20-40 km. En condiciones normales existe un

mecanismo natural de formación y destrucción del Ozono

1- Fotolisis del Oxígeno por la luz ultravioleta: O2 + UV = O +O

2- Formación de Ozono : O + O2 = O3 + calor

3- Destrucción del Ozono: Por fotólisis: O3 + UV = O2 + O Por reacción con Oxígeno: O + O3 =

O2 + O2 . El ozono absorbe la luz UV perjudicial. El límite superior es la ESTRATOPAUSA.

FORMACIÓN DE OZONO ESTRATOSFERA Y ABSORCIÓN LUZ UV

Fotólisis del oxígeno:• O2 + UV (rayos ultravioleta) O + O

Formación del ozono (O3):• O + O2 O3 + calor (reacción

exotérmica) Destrucción del ozono:

• Fotólisis del ozono:O3 + UV O2 + O

• Reacción del ozono con el oxígeno atómico:

O + O3 O2 + O2

Capa de ozono

Radiación ultravioleta

O2O3

O3

O

O2

O

O

OO2

Parte de la radiación ultravioleta del sol es absorbida por el ozono estratosférico, lo que provoca que la molécula de ozono se

descomponga. En condiciones normales la molécula de ozono se recompone. Esta destrucción y reconstitución del ozono es un

ejemplo de equilibrio dinámico.

Término clave

FUNCIÓN DE LA ATMÓSFERA

La capa de ozono

Gas de olor picante

Troposfera Estratosfera

Se encuentra en

Es un contaminante Constituye la capa de ozono

Mecanismo de formación/destrucción natural del O3

es

1º Fotólisis del oxígeno por la luz UV O2 + UV (rayos ultravioleta) → O + O

2º Formación del ozono O2 + O → O3 + calor

3º Destrucción del ozono a) Fotólisis del ozono O3 + UV → O2 + O

b) Reacción con el oxígeno atómicoO + O3 → O2 + O2

Está en equilibrio dinámico y retiene un 90% de la radiación UV liberando calor que eleva la temperatura de la

estratosfera

LA CAPA DE OZONO

¿ QUÉ ES Y DÓNDE SE ENCUENTRA EL OZONO ?

El ozono (O3) es una sustancia cuya molécula está compuesta por tres átomos de oxígeno. Si se respira en

grandes cantidades, puede provocar una irritación en los ojos y/o garganta.

¿ DÓNDE SE ENCUENTRA ?El ozono atmosférico se encuentra en estado puro en diferentes concentraciones entre los 20 y los 40 km en los polos entre 15 y 20 km) sobre el nivel del mar, siendo su concentración más alta alrededor de los 25 km (Ozonosfera), es decir en la estratosfera.

OZONO DE LA ESTRATOSFERA ( CAPA DE OZONO )El ozono se encuentra de forma natural en la estratosfera, formando la denominada capa de ozono. El ozono estratosférico se forma por acción de la radiación ultravioleta, que disocia las moléculas de oxígeno molecular (O2) en dos átomos, los cuales son altamente reactivos, pudiendo reaccionar estos con otra molécula de O2 formándose el ozono.

OZONO TROPOSFERA

Representa el 10 % del total.También denominado ozono ambiental. es peligroso para los seres vivos por su fuerte carácter oxidante. Elevadas concentraciones de este compuesto a nivel superficial forman el denominado smog fotoquímico. El ozono también es un “gas de efecto invernadero” ya que incrementa esto.

• Daños en los tejidos.• Daños en los organismos fotosintéticos,

especialmente el fitoplancton.• Daño en los consumidores de los organismos

fotosintéticos, especialmente fitoplancton.

EFECTOS DE LA RADIACIÓN ULTRAVIOLETA

La radiación ultravioleta que alcanza la superficie de la Tierra daña los tejidos vivos humanos, aumentando la incidencia de cataratas,

mutaciones durante la división celular, cáncer de piel y otros efectos sobre la salud derivados.

Los efectos de una mayor radiación ultravioleta sobre la productividad biológica incluyen daños a organismos fotosintéticos, especialmente al fitoplancton, que constituye la base de las redes

tróficas acuáticas.

Términos clave

En animales produce la vitamina D, su deficiencia (hipovitaminosis) produce raquitismo.Puede ser usado para el tratamiento de enfermedades como la soriasis o el vitiligo.Se usa en los tratamientos de de esterilización, ya que mata a las bacterias patógenas, por lo que purifica el aire y el agua.Se utilizan en láser, análisis forense.

s

Efectos perjudiciales Efectos beneficiosos

EFECTOS DE LA L.U.V(destrucción de la capa de ozono )

Los efectos incluyen acciones sobre los tejidos vivos y la producción biológica :

Mutaciones y sus consiguientes efectos sobre la salud.

Melanomas ( cáncer de piel ) , cataratas oculares , supresión del sistema inmunitario.

Daños a organismos fotosintetizadores, especialmente al fitoplancton.

Daños a sus organismos consumidores, como los que constituyen el zooplancton.

¿ Cual es la función de la capa de ozono de la estratosfera ?

Actúa en la atmósfera como depurador del aire y sobre todo como FILTRO DE LOS RAYOS

ULTRAVIOLETAS procedentes del Sol. Sin ese filtro la existencia de vida en la Tierra sería

completamente imposible, de ahí la gran importancia de la llamada “Capa de Ozono”.

EL OZONO DE LA TROPOSFERA

El mecanismo mediante el cual se genera el ozono en la troposfera es completamente distinto, ya que a esta

altura no llegan las radiaciones ultravioletas. El ozono, en este caso, se forma a partir de ciertos precursores (NO*

- óxidos de nitrógeno; y VOCs - compuestos orgánicos volátiles, como el formaldehído), contaminantes

provenientes de la actividad humana.

¿ CÓMO SE FORMA ?

¿ QUÉ EFECTOS TIENE ?

Puede provocar daños en la salud humana (a partir de unos 150 micro-gramos por metro cúbico) o en la

vegetación y contribuye a generar un calentamiento en la superficie de la tierra.

Elevadas concentraciones de este compuesto a nivel superficial forman el denominado smog fotoquímico.

Un letrero de la calidad del aire, señalando un aviso de

ozono alto, Gulfton, Houston, Texas.

EL GROSOR DE LA CAPA DE OZONO SUFRE OSCILACIONES , PERO HAY REGIONES MUY ADELGAZADAS

SUSTANCIAS QUE DESTRUYEN LA CAPA DE OZONO

Las sustancias que reducen la capa de ozono (incluyendo gases orgánicos halogenados como los clorofluorocarbonos (CFC)) se emplean en aerosoles,

plásticos con gas insuflado, pesticidas, productos ignífugos y refrigerantes. Los átomos de elementos halógenos (como el cloro) de estos contaminantes aumentan la destrucción del ozono en un ciclo repetitivo, causando que una mayor proporción de

radiación ultravioleta alcance la superficie terrestre.

Términos clave

Sustancia Fuente Observaciones

Freones o CFCs (clorofluorcarbonos)

Regrigerantes.Propelentes en latas de sprays. Expansores de espumas de plástico.

Liberan átomos de cloro.

HCFCs (hidroclorofluorcarbonos)

Sustitutos de los CFCs Liberan átomos de cloro. Tienen una vida media menor en la atmósfera, pero además intervienen aumentando el efecto invernadero.

Halones Extintores Liberan átomos de bromo.

Bromuro de metilo Pesticidas Liberan átomos de bromo.

Óxido de Nitrógeno (NOx) Agricultura intensiva (en el suelo las bacterias descomponedoras de nitritos y nitratos.Aviones supersónicos.

Los NOx son convertidos a NO los cuales reaccionan con el ozono.

SUSTANCIAS QUE DESTRUYEN LA CAPA DE OZONO

Sustancia ObservacionesFreones o CFCs (clorofluorcarbonos)

Fueron desarrollados durante los años 30. Se les considero durante mucho tiempo que eran inocuos porque no reaccionaban con los gases de la troposfera, por lo que desplazaron a los refrigerantes existentes que eran muy tóxicos e inflamables, empezaron a usarse como:Regrigerantes.Propelentes en latas de sprays. Expansores de espumas de plástico.Ignifugos.Aunque eran estables en la troposfera, en la estratosfera reaccionan con el ozono, porque las radiaciones ultravioleta actúa sobre ellos y produce la liberación de Cl que reacciona con el O3 destruyéndole. Además también reaccionan con el oxígeno, impidiendo la formación de O3. En ambas reacciones el cloro actúa como catalizador (no se consume) por lo que puede destruir muchas moléculas de O3 en una reacción en cadena con una retroalimentación positiva.Permanecen en la atmósfera hasta 100 años después de su liberación.

HCFCs (hidroclorofluorcarbonos)

Refrigerante con las mismas propiedades que los CFCs, no tóxico no inflamable. Pero también destruyen la capa de ozono y además contribuyen a incrementar el efecto invernadero.Su vida media en la atmósfera es menor que los CFCs siendo esta la única razón por la que se les considera menos dañinos.

http://www.ebooksampleoup.com/ecommerce/view.jsp?ID=000777721d4f838996e8a

Interacción del ozono y los gases orgánicos

halogenados

Describa cómo se ha podido reducir el ozono en las capas superiores de la atmósfera

El equilibrio del ozono en la estratosfera se ve afectado por la presencia de contaminantes, como pueden ser los

compuestos clorofluorocarbonados (CFC), que suben hasta la alta atmósfera donde catalizan la destrucción del ozono

más rápidamente de lo que se regenera, produciendo así el agujero de la capa de ozono.

imagen de la NASA comparando los Niveles del Agujero de la capa de ozono.zonas azules púrpuras y negros son parte del agujero de ozono.

PERO ¿ POR QUÉ DISMINUYE LA CAPA DE OZONO ?

EL PROBLEMA DE LOS CFC´s Y SU ALTA CAPACIDAD PARA DESTRUIR EL OZONO

http://www.bioygeo.info/Animaciones/CFC_Ozono_1.swf

El “agujero” de ozono antárticoDesde hace unos años los niveles de ozono sobre la Antártida han descendido a niveles más bajos que lo normal entre agosto y finales de noviembre. se produce una gran destrucción de ozono, de un 50% o más del que existe en la zona, formándose un agujero.

Se habla de agujero cuando hay menos de 220 DU (unidades Dobsosn)de ozono entre la superficie y el espacio.

La palabra agujero induce a confusión, y no es un

nombre adecuado, porque en realidad lo que se

produce es un adelgazamiento en la capa de ozono, sin que llegue a producirse una falta total del mismo.

Los niveles normales de ozono en la Antártida son de 300 DU y suele descender hasta las 150 DU, habiendo llegado, en los momentos más extremos de destrucción de ozono, a

disminuir hasta las 100 DU.

CAUSAS DEL AGUJERO DE OZONO EN LA ANTÁRTIDALa especialmente fuerte destrucción de ozono en la Antártida se produce porque, gran parte del cloro contenido en las moléculas no directamente destructoras del ozono se convierte en radicales de cloro destructivos.Los procesos que se suceden uno tras otro o simultáneamente, influyen en este resultado:a)Anticiclón continental: la Antártida es un continente, por lo que en el invierno se asienta un anticiclón=> la troposfera está más baja.b) Nubes polares estratosféricas (NEP). Las temperaturas en la parte baja de la estratosfera llegan a ser extraordinariamente frías, de menos de - 80ºC. En estas condiciones se forman numerosas nubes en la estratosfera, compuestas principalmente de ácido nítrico y agua cristalizados.

NO2 + H2O => HNO3 (cae con la nieve, por lo que la atmósfera queda desnitrificada)

c) Reacciones en las nubes polares estratosféricas. Al no existir NO2 en la atmósfera no puede secuestrar los CIO, el Cl sigue destruyendo el ozono.d) Disminución del O3 => disminuye la absorción de la radiación UV y, como consecuencia tampoco se pueden dar las reacciones de formación y destrucción de ozono, la estratosfera estará más fría => se forman más NEP.

NOX + ClO ----> ClNO3

FOTÓLISIS DE LOS CFC:CFC + UV -----> CFCl2 + Cl

DESTRUCCIÓN DEL OZONO:Cl + O3 ------> ClO + O2

ClO + O -----> Cl + O2

----------------------------------O3 + O -------> O2 + O2

Papel de los compuesto de Cl: NaCl, HCl , CFC

FOTÓLISIS DE LOS CFC:CFC + UV -----> CFCl2 + Cl

DESTRUCCIÓN DEL OZONO:Cl + O3 ------> ClO + O2

ClO + O -----> Cl + O2

----------------------------------O3 + O -------> O2 + O2

Naturales: liberados en el mar, volcanes. NaCl y HCl.

Antropogénicos: CFC (clorofluorcarbonados), en propelentes de aerosoles, disolventes y refrigerantes. Son estables en la troposfera, pero llegan a la estratosfera y destruyen el Os.

NOX + ClO ----> ClNO3

Los NOx (NO2) secuestra al Cl, produciendo su inactivación

Gestión de la contaminación por reducción de la capa de

ozono

¿ Qué métodos podrían reducir la producción y liberación de sustancias que reducen la capa

de ozono ?

RECICLAR REFRIGERANTES, productos sustitutivos de

espumas expansivas a base de gases dañinos, del bromuro de

metilo (bromometano) y de los propelentes tradicionales.

DISMINUIR A CERO EL USO DE COMPUESTOS QUÍMICOS

como los clorofluorocarbonos (refrigerantes industriales,

propelentes), y fungicidas de suelo (como el bromuro de metilo)

que destruyen la capa de ozono a un ritmo 50 veces superior a

los CFC.

Durante más de cincuenta años, el número de CFC

presentes en la parte alta de la atmósfera ha aumentado a un

ritmo constante hasta el año 2000. Desde entonces, la

concentración de CFC se ha “reducido a razón de casi un 1%

anual”, Según algunos informes, el descenso “permite

esperar que el agujero de la capa de ozono pueda cerrarse a

mediados de siglo”.

Se puede lograr una gestión de la contaminación reduciendo la producción y la liberación de sustancias que reducen la capa de ozono. Entre los métodos para esta reducción se incluyen:•Reciclado de refrigerantes.•Desarrollo de alternativas a los plásticos con gas insuflado, y pesticidas, propelentes y aerosoles halogenados•Desarrollo de alternativas sin propelentes.

Términos

clave

Estrategias para reducir la contaminación

Acciones

SOBRE LA ACTIVIDAD HUMANAQUE PRODUCE ELCONTAMINANTE

Modificación de actividad humanaDesarrollo de alternativas a los plásticos con gas insuflado, y pesticidas, propelentes y aerosoles halogenadosDesarrollo de alternativas sin propelentes.

LIBERACIÓN DELCONTAMINANTE ALMEDIO AMBIENTE

Control de la liberación del contaminante•Reciclado de refrigerantes.•Legislación para que los refrigerantes sean devueltos a los fabricantes y estos gestionen su almacenamiento y eliminación.•Capturar los CFCs del aire acondicionado de los coches en desguace.

EFECTO DELCONTAMINANTE ENLOS ECOSISTEMAS

Limpieza y restauración de sistemas deteriorados•Añadir ozono o eliminar el cloro de la estratosfera.•Una vez se sugirió que se liberasen balones de ozono a la estratosfera.

MEDIDAS INTERNACIONALES FRENTE AL AGUJERO DE OZONO

Década de los 70, cuando en la década de los setenta se fue conociendo la destrucción del ozono estratosférico se fueron proponiendo diversas medidas. En varios países se prohibió el uso de los CFCs como propelentes en los aerosoles, pero como, a la vez, se fueron descubriendo nuevos usos para los CFCs y productos similares, la producción y emisión a la atmósfera de productos destructores de la capa de ozono crecía rápidamente.

De 1980 a 1985 Conforme aumentaban los conocimientos científicos, la producción de substancias dañinas seguía aumentando, la preocupación sobre los efectos nocivos que esta situación podía provocar fue creciendo y llevó a la constitución de la Convención de Viena en 1985. De esta manera se iniciaba un intenso trabajo internacional que culminó en la firma del Protocolo de Montreal .

Protocolo de Montreal (1987) El primer Protocolo de Montreal se planteaba la reducción a la mitad de los CFCs para el año 1998. Después de la firma de este primer protocolo (160 países) nuevas mediciones mostraron que en daño en la capa de ozono era mayor que el previsto, y en 1992 , en la Cumbre de Río, la comunidad internacional firmante del Protocolo decidió acabar definitivamente con la fabricación de halones en 1994 y con la de CFCs en 1996, en los países desarrollados.

XI Cumbre del Protocolo de Montreal, Pekín, 1999. Nuevas recomendaciones respecto a otros compuestos relacionados y búsqueda de sustitutos.

SIGNIFICADO DEL PROTOCOLO DE MONTREAL

Con el protocolo de Montreal quedo patente que:Ha sido el mejor ejemplo de cooperación internacional en un tema medio ambiental.Es un ejemplo del principio de precaución en una toma de decisiones.Se realizo un estudio por muchos expertos que trabajaron juntos para tomar una decisión común.La primera vez que se reconoció que se podían eliminar las sustancias nocivas para la capa de ozono en diferentes momentos dependiendo de su situación económica.El primer acuerdo minuciosamente supervisado

No es el fin de la historia, debido a la larga vida de los CFCs en la atmósfera, el cloro no alcanzo su pico máximo hasta el año 2005, y no

volverá a sus estados anteriores a su uso antes del 2050. Países LEDCs (paises menos desarrollados) todavía tienen permiso

de usar los HCFCs hasta el año 2030. Además hay un comercio ilegal de sustancias químicas que dañan la capa de ozono.

( i ) Usando cálculos cuando sea pertinente , resuma las conclusiones que se pueden extraer de estos datos con respecto a la tasa de crecimiento y al impacto relativo de la radiación UVB sobre estos dos tipos de fitoplancton

( ii) Teniendo en cuenta los datos , describa los posibles efectos de la reducción de ozono en el ecosistema marino antártico y la importancia de estos impactos para el medio ambiente en general

( iii) Evalue los éxitos y las limitaciones de los acuerdos internacionales para reducir el fenómeno de la reducción del ozono

¿ Qué papel pueden desempeñar las organizaciones internacionales en la reducción de emisiones

de sustancias que acaban con el ozono ?

Evalúe la eficacia relativa de los acuerdos internacionales para implementar y hacer respetar la

legislación favorecedora de la capa de ozono . Cite ejemplos concretos

Compare la reducción de la capa de ozono y el calentamiento global en lo que se refiere a los retos

que suponen y en los éxitos de las estrategias encaminadas a reducir los efectos de tales problemas.

•ENVIRONMENTAL SYSTEMS AND SOCIETIES. RUTHERFORD, Jill. WILLIAMS, Gillian. Editorial Oxford.•Ciencias de la Tierra y Medioambientales. 2ºBachillerato. CALVO, Diodora, MOLINA, Mª Teresa, SALVACHÚA, Joaquin. Editorial

McGraw-Hill Interamericana.

Ciencias de la Tierra y del Medio Ambiente. 2º Bachillerato. LUFFIEGO GARCÍA, Máximo, ALONSO DEL VAL, Francisco Javier,

HERRERO MARTÍNEZ, Fernando, MILICUA ARIZAGA, Milagros, MORENO RODRÍGUEZ, Marisa, PERAL LOZANO, Carlota, PÉREZ

PINTO, Trinidad.

CIENCIAS DE LA TIERRA Y MEDIAMBIENTALES 2º Bachillerato. MELÉNDEZ, Ignacio, ANGUITA, Francisco.

CABALLER, María Jesús. Editorial Santillana.I.E.S. Cardenal Cisneros de Alcalá de Henares, Madrid. HERNÁNDEZ, ALBERTOhttp://www.andaluciainvestiga.com/espanol/cienciaAnimada/sites/gotafria.swfhttp://almez.pntic.mec.es/~jrem0000/dpbg/2bch-ctma/tema4/prediccion-tiempo.htmhttp://www.atmos.washington.edu/2004Q4/211/09_OzoneDep.swfhttp://www.bioygeo.info/Animaciones/Coriolis.swfhttp://www.bioygeo.info/Animaciones/CGA.swfhttp://www.bioygeo.info/Animaciones/Frentes.swfhttp://www.educa.madrid.org/web/cc.nsdelasabiduria.madrid/CTMA_presentaciones.htmhttp://chopo.pntic.mec.es/~ajimen18/GEOGRAFIA8/page6.htmlhttp://www.classzone.com/books/earth_science/terc/content/visualizations/es1904/es1904page01.cfm?chapter_no=19http://www.fecyt.es/fecyt/docs/tmp/-2062958544.pdfhttp://www.ieslosremedios.org/~elena/websociales/2bach/clima2b/corrienteenchorro.htmhttp://www.juntadeandalucia.es/averroes/ies_a_einstein/documentos/biologiaThttp://www.marviva.org/imatges/meteo/celulas-hadley-2.jpghttp://www.ieslosremedios.org/~pablo/webpablo/webctma/2atmosfera/GradientesVerticales.htmlhttp://www.slideshare.net/isaacbuzo/comentario-de-un-climograma

BIBLIOGRAFÍA/PÁGINAS WEB