PROFESSOR ÂNGELO ANTÔNIO LEITHOLD

INSTITUTO DE AERONÁUTICA E ESPAÇOCAMPUS DE PESQUISAS GEOFÍSICAS MAJOR EDSEL DE FREITAS COUTINHOPROFESSOR ANGELO ANTONIO LEITHOLD ENSINO TECNOLÓGICO NOTA DE AULA: ATMOSFERA - BURACO NA CAMADA DE OZÔNIO 01BURACO NA CAMADA DE OZÔNIOestá licenciado sob CC BY-NC-ND 4.0© 1 por PROFESSOR ANGELO ANTONIO LEITHOLD

PUBLICADO 20h57min de 29 de agosto de 2009 Angeloleithold

ATMOSFERA

INTRODUÇÃO

#ProfessorAngeloAntonioLeitholdNotasDeAula#PY5AAL A ozonosfera envolve o planeta com uma grande concentração de gás ozônio (O3) no espaço entre 20 e 35 quilômetros de altitude. Sua importância se dá no fato de que esse gás é o único que filtra a radiação solar dos raios ultravioletas (UV) nocivos aos seres vivos. Também conhecida como camada de ozônio, é uma região da estratosfera terrestre e é formada por ozônio, um gás composto por três átomos de oxigênio. O ozônio é produzido naturalmente na estratosfera, quando raios solares ultravioleta separam os dois átomos de oxigênio nas moléculas de oxigênio (O2). A destruição da camada de ozônio é causada pela liberação de gases como o clorofluorcarboneto (CFC), que é encontrado em refrigeradores e aparelhos de ar condicionado. O protocolo de Montreal, em 1987, proibiu o uso de CFCs, mas o buraco na camada de ozônio continua a aumentar de ano para ano. A camada de ozônio na Antártida vem se recuperando desde 2000, mas a recuperação é lenta. Estima-se que a camada de ozônio volte na Antártida ao tamanho de 1980 por volta de 2066 e até 2045 sobre o Ártico.

BURACO NA CAMADA DE OZÔNIO

#ProfessorAngeloAntonioLeitholdNotasDeAula#PY5AAL O buraco de ozônio da Antártida é uma área da estratosfera na região na qual os níveis recentes de ozônio caíram para 33 por cento dos seus valores anteriores a 1975. O buraco de ozônio ocorre durante a primavera antártica, de setembro ao início de dezembro, quando fortes ventos de oeste começam a circular pelo continente e criam um recipiente atmosférico. Dentro deste vórtice polar, mais de 50 por cento do ozônio estratosférico inferior é destruído durante a primavera antártica. A causa primária da depleção do ozônio é a presença de gases fonte contendo cloro, principalmente CFCs e halocarbonos relacionados. Na presença de luz UV, esses gases se dissociam, liberando átomos de cloro, que então catalisam a destruição do ozônio. A depleção do ozônio catalisada por Cl pode ocorrer na fase gasosa, mas é substancialmente aumentada na presença de nuvens estratosféricas polares (PSCs). Essas nuvens estratosféricas polares se formam durante o inverno, no frio extremo. Os invernos polares são escuros, consistindo em três meses sem radiação solar. A falta de luz solar contribui para uma diminuição da temperatura e o vórtice polar aprisiona e resfria o ar. As temperaturas são em torno de −80 °C, essas baixas temperaturas formam partículas de nuvem, existem três tipos de nuvens PSC, nuvens de ácido nítrico tri-hidratado, nuvens de água-gelo de resfriamento lento e nuvens de água-gelo de resfriamento rápido, nacaradas, fornecem superfícies para reações químicas cujos produtos, na primavera, levarão à destruição do ozônio. Os processos fotoquímicos envolvidos são complexos, mas bem compreendidos. A observação-chave é que, normalmente, a maior parte do cloro na estratosfera reside em compostos reservatórios, principalmente nitrato de cloro ( ClONO2) bem como produtos finais estáveis, como HCl.

#ProfessorAngeloAntonioLeitholdNotasDeAula#PY5AAL A formação de produtos finais essencialmente remove Cl do processo de depleção da camada de ozônio. Os compostos do reservatório sequestram Cl, que pode ser disponibilizado posteriormente por meio da absorção de luz em comprimentos de onda menores que 400 nm. Durante o inverno e a primavera da Antártida, as reações na superfície das partículas das nuvens estratosféricas polares convertem esses compostos reservatórios em radicais livres reativos (Cl e ClO). A desnitrificação é o processo pelo qual as nuvens removem NO2 da estratosfera convertendo-o em ácido nítrico em partículas de PSC, que então são perdidas pela sedimentação. Isso impede que o ClO recém-formado seja convertido novamente em ClONO2.

A LUZ SOLAR

#ProfessorAngeloAntonioLeitholdNotasDeAula#PY5AAL O papel da luz solar na redução da camada de ozônio é a razão pela qual a redução da camada de ozônio na Antártida é maior durante a primavera. Durante o inverno, embora as PSCs estejam em sua maior abundância, não há luz sobre o polo para conduzir reações químicas. Durante a primavera, no entanto, a luz solar retorna e fornece energia para conduzir reações fotoquímicas e derreter as nuvens estratosféricas polares, liberando ClO considerável, que conduz o mecanismo do buraco. Mais temperaturas de aquecimento perto do final da primavera quebram o vórtice em meados de dezembro. À medida que o ozônio e o NO2 o ar rico em oxigênio flui de latitudes mais baixas, as PSCs são destruídas, o processo de redução da camada de ozônio é interrompido e o buraco na camada de ozônio se fecha. A maior parte do ozonio que é destruído encontra-se na estratosfera inferior, em contraste com a muito menor depleção do ozônio através de reações homogêneas na fase gasosa, que ocorre principalmente na estratosfera superior.

#ProfessorAngeloAntonioLeitholdNotasDeAula#PY5AAL Como a camada de ozônio absorve a luz ultravioleta UVB do sol, a depleção aumenta os níveis de UVB na superfície, o que pode levar a danos, incluindo um aumento no câncer de pele, esta foi a razão para o Protocolo de Montreal. As diminuições no ozônio estratosférico são bem ligadas aos CFCs e aos aumentos nos UVB na superfície e há evidências observacionais diretas que vinculam a depleção do ozônio a uma maior incidência de câncer de pele e danos oculares em seres humanos.

#ProfessorAngeloAntonioLeitholdNotasDeAula#PY5AAL O ozônio, embora seja um constituinte minoritário na atmosfera da Terra, é responsável pela maior parte da absorção da radiação UVB. A quantidade de radiação UVB que penetra na camada de ozônio diminui exponencialmente com a espessura do caminho inclinado e a densidade da camada. Quando os níveis de ozônio estratosférico diminuem, níveis mais altos de UVB atingem a superfície da Terra. A formação fenólica induzida por UV nos anéis das árvores datou o início da depleção do ozônio nas latitudes do norte no final dos anos 1700. Em outubro de 2008, a Agência Espacial Equatoriana publicou um relatório chamado HIPERION. O estudo usou instrumentos terrestres no Equador e dados dos últimos 28 anos de 12 satélites de vários países, e descobriu que a radiação UV que atingiu latitudes equatoriais era muito maior do que o esperado, com o Índice UV subindo até 24 em Quito, a OMS considera 11 como um índice extremo e um grande risco à saúde. O relatório concluiu que os níveis de ozônio empobrecidos em torno das latitudes médias do planeta já estão colocando em risco grandes populações nessas áreas.

SAÚDE

#ProfessorAngeloAntonioLeitholdNotasDeAula#PY5AAL A CONIDA, a Agência Espacial Peruana, publicou seu próprio estudo, que produziu quase as mesmas descobertas do estudo equatoriano, e a principal preocupação pública em relação ao buraco na camada de ozônio tem sido os efeitos do aumento da radiação UV de superfície na saúde humana. A depleção de ozônio na maioria dos locais e danos à saúde são observados na maioria das latitudes. Se os altos níveis de depleção observados no buraco na camada de ozônio fossem comuns em todo o mundo, os efeitos poderiam ser substancialmente mais dramáticos. O buraco na camada de ozônio sobre a Antártida em alguns casos cresceu a ponto de afetar partes da Austrália, Nova Zelândia, Chile, Brasil, Argentina e África do Sul, ambientalistas têm se preocupado que o aumento da radiação UV de superfície possa ser significativo.

#ProfessorAngeloAntonioLeitholdNotasDeAula#PY5AAL A radiação ultravioleta (RUV) excessiva tem efeitos redutores nas taxas de fotossíntese e crescimento de comunidades de diatomáceas bentônicas, espécies de microalgas que aumentam a qualidade da água e são resistentes à poluição, que estão presentes em águas doces rasas. A depleção de ozônio não afeta apenas a saúde humana, mas também tem um impacto profundo na biodiversidade, pois danifica plantas e árvores no nível celular, afetando seu crescimento, vitalidade, fotossíntese, equilíbrio hídrico e mecanismos de defesa contra pragas e doenças. Isso desencadeia uma cascata de impactos ecológicos, prejudicando micróbios do solo, insetos, vida selvagem e ecossistemas inteiros. A depleção do ozônio aumenta todos os efeitos dos raios UV na saúde humana, tanto positivos, incluindo a produção de vitamina D, como negativos, incluindo queimaduras solares, câncer da pele e cataratas.

#ProfessorAngeloAntonioLeitholdNotasDeAula#PY5AAL As formas mais comuns de câncer de pele em humanos, carcinomas basocelulares e espinocelulares, têm sido fortemente associadas à exposição aos raios UV-B. O mecanismo pelo qual os raios UVB induzem esses cânceres é bem compreendido, a absorção da radiação UV-B faz com que as bases pirimídicas na molécula de DNA formem dímeros, resultando em erros de transcrição quando o DNA se replica. Esses cânceres são relativamente leves e raramente fatais, embora o tratamento do carcinoma espinocelular às vezes exija uma cirurgia reconstrutiva extensa. Ao combinar dados epidemiológicos com resultados de estudos em animais, os cientistas estimaram que cada redução de um por cento no ozônio estratosférico de longo prazo aumentaria a incidência desses cânceres em 2%. Outra forma de câncer de pele, o melanoma, é muito menos comum, mas muito mais perigoso, sendo letal em cerca de 15 a 20 por cento dos casos diagnosticados. A relação entre melanoma e exposição ultravioleta ainda não é totalmente compreendida, porém tanto UV-B quanto UV-A estão envolvidos. Um aumento de 10 por cento na radiação UV-B é associado a um aumento de 19 por cento em melanomas para homens e 16 por cento para mulheres. No extremo sul do Chile, foi observado um aumento de 56 por cento no melanoma e um aumento de 46 por cento no câncer de pele não melanoma ao longo de um período de sete anos, juntamente com a diminuição do ozônio e o aumento dos níveis de UVB.

#ProfessorAngeloAntonioLeitholdNotasDeAula#PY5AAL Estudos epidemiológicos demonstram uma associação entre cataratas corticais oculares e exposição UV-B, usando aproximações brutas de exposição e várias técnicas de avaliação de catarata. Uma avaliação detalhada da exposição ocular à UV-B foi realizada em um estudo em Chesapeake Bay Watermen, onde aumentos na exposição ocular média anual foram associados ao aumento do risco de opacidade cortical. Neste grupo altamente exposto de homens predominantemente brancos, a evidência que liga as opacidades corticais à exposição à luz solar foi a mais forte até o momento. Com base nesses resultados, prevê-se que a depleção do ozônio cause centenas de milhares de cataratas adicionais até 2050.

#ProfessorAngeloAntonioLeitholdNotasDeAula#PY5AAL O aumento da radiação UV na superfície leva ao aumento do ozônio troposférico, que é geralmente reconhecido como um risco à saúde, pois é tóxico devido às suas fortes propriedades oxidantes. Os riscos são particularmente altos para crianças pequenas, idosos e pessoas com asma ou outras dificuldades respiratórias. Atualmente, o ozônio troposférico é produzido principalmente pela ação da radiação UV nos gases de combustão dos escapamentos dos veículos.

#ProfessorAngeloAntonioLeitholdNotasDeAula#PY5AAL A vitamina D é produzida na pele pela luz ultravioleta, uma maior exposição aos raios UVB aumenta a vitamina D humana naqueles com deficiência dela. Pesquisas recentes desde o Protocolo de Montreal mostram que muitos humanos têm níveis de vitamina D abaixo do ideal. Em particular, na população dos EUA, o quarto mais baixo de vitamina D (<17,8 ng/ml) foi encontrado usando informações da Pesquisa Nacional de Exame de Saúde e Nutrição para ser associado a um aumento na mortalidade por todas as causas na população em geral. Embora o nível sanguíneo de vitamina D acima de 100 ng/ml pareça aumentar excessivamente o cálcio no sangue e estar associado a uma mortalidade mais alta, o corpo tem mecanismos que impedem a luz solar de produzir vitamina D em excesso das necessidades do corpo.

BIOLOGIA

#ProfessorAngeloAntonioLeitholdNotasDeAula#PY5AAL Um relatório de novembro de 2011 feito por cientistas do Instituto de Zoologia em Londres, Inglaterra, descobriu que as baleias na costa da Califórnia mostraram um aumento acentuado nos danos causados pelo sol, e esses cientistas descobriram que a camada de ozônio em declínio está fortemente ligada aos danos. O estudo fotografou e tirou biópsias de pele de mais de 150 baleias no Golfo da Califórnia e encontrou evidências generalizadas de danos epidérmicos comumente associados a queimaduras solares agudas e graves, tendo células que se formam quando o DNA é danificado pela radiação UV. As descobertas sugerem que o aumento dos níveis de UV como resultado da depleção do ozônio resulta nos danos observados na pele, da mesma forma que as taxas de câncer de pele em humanos têm aumentado nas últimas décadas. Além das baleias, muitos outros animais, como cães, gatos, ovelhas e ecossistemas terrestres também sofrem os efeitos negativos do aumento da radiação UV-B.

#ProfessorAngeloAntonioLeitholdNotasDeAula#PY5AAL O aumento da radiação UV afeta as colheitas de várias espécies de plantas economicamente importantes, como o arroz, dependem de cianobactérias que residem em suas raízes para a retenção de nitrogênio. As cianobactérias são sensíveis à radiação UV e seriam afetadas por seu aumento. Apesar dos mecanismos para reduzir ou reparar os efeitos do aumento da radiação ultravioleta, as plantas têm uma capacidade limitada de se adaptar a níveis aumentados de UVB, portanto, o crescimento das plantas pode ser diretamente afetado pela radiação UVB.

#ProfessorAngeloAntonioLeitholdNotasDeAula#PY5AAL Ao longo dos anos, a camada de ozônio do Ártico foi severamente esgotada, como consequência, espécies que vivem acima da cobertura de neve ou em áreas onde a neve derreteu abundantemente, devido às altas temperaturas, são impactadas negativamente devido à radiação UV que atinge o solo. A depleção da camada de ozônio e o excesso de radiação UVB inicialmente seriam assumidas como um aumento dos danos ao DNA das plantas. Relatórios apontam que quando as plantas são expostas à radiação UVB semelhante à depleção do ozônio estratosférico, não houve mudança significativa na altura da planta ou na massa foliar, mas mostrou uma resposta na biomassa dos brotos e na área foliar com uma pequena diminuição. No entanto, a radiação UVB demonstrou diminuir o rendimento quântico do fotossistema II, os danos UVB apesar das plantas possuírem flavonoides que absorvem a radiação não permite a aclimatação à radiação presente, pois a evolução é muito lenta e o aumento da radiação foi muito abrupto. As plantas experimentam diferentes níveis de radiação UV ao longo do dia, sabe-se que elas são capazes de mudar os níveis e tipos de filtros solares UV, que eles contêm, ao longo do dia. As plantas que foram afetadas pela radiação ao longo do desenvolvimento são mais afetadas pela incapacidade de interceptar a luz com uma área foliar maior do que por terem sistemas fotossintéticos comprometidos. Os danos da radiação UVB têm maior probabilidade de ser significativos nas interações entre espécies do que nas próprias plantas.

#ProfessorAngeloAntonioLeitholdNotasDeAula#PY5AAL Outro impacto significativo da depleção do ozônio na vida vegetal é o estresse sofrido pelas plantas quando expostas à radiação UV, isso pode causar uma diminuição no crescimento das plantas e um aumento no estresse oxidativo, devido à produção de óxido nítrico e peróxido de hidrogênio. Em áreas onde ocorreu uma depleção substancial do ozônio, o aumento da radiação UV-B reduz a produtividade das plantas terrestres e também o sequestro de carbono em cerca de 6%. Além disso, se as plantas forem expostas a altos níveis de radiação UV, isso pode provocar a produção de compostos orgânicos voláteis prejudiciais, como isoprenos. A emissão de isoprenos no ar, pelas plantas, pode impactar severamente o meio ambiente, aumentando a poluição do ar e a quantidade de carbono na atmosfera, contribuindo, em última análise, para as mudanças climáticas.

QUÍMICA ATMOSFÉRICA

#ProfessorAngeloAntonioLeitholdNotasDeAula#PY5AAL Desde que a adoção e o fortalecimento do Protocolo de Montreal levaram a reduções nas emissões de CFCs, as concentrações atmosféricas dos compostos mais significativos têm diminuído. Essas substâncias estão sendo gradualmente removidas da atmosfera, desde o pico em 1994, o nível de Cloro Equivalente Efetivo (EECl) na atmosfera caiu cerca de 10 por cento até 2008. A diminuição de produtos químicos destruidores da camada de ozônio também foi significativamente afetada por uma diminuição de produtos químicos contendo bromo. Os dados sugerem que existem fontes naturais substanciais de brometo de metila atmosférico ( CH3Br ). A eliminação gradual dos CFCs significa que o óxido nitroso ( N2O ), que não é abrangido pelo Protocolo de Montreal, tornou-se a substância que mais empobrece a camada de ozônio é emitida e espera-se que assim permaneça ao longo do século XXI. De acordo com o Sexto Relatório de Avaliação do IPCC, os níveis globais de ozônio estratosférico sofreram um rápido declínio nas décadas de 1970 e 1980 e têm aumentado desde então. Embora seja esperada uma variabilidade considerável de ano para ano, inclusive nas regiões polares onde a depleção é maior, espera-se que a camada de ozônio continue se recuperando nas próximas décadas devido ao declínio das concentrações de substâncias que destroem a camada de ozônio, assumindo total conformidade com o Protocolo de Montreal. Espera-se que o buraco de ozônio na Antártida continue por décadas, as concentrações de ozônio na estratosfera inferior sobre a Antártida aumentaram de 5 a 10 por cento até 2020 e retornarão aos níveis anteriores a 1980 por volta de 2060 a 2075. Isso é de 10 a 25 anos depois do previsto em avaliações anteriores, devido às estimativas revisadas das concentrações atmosféricas de substâncias que destroem a camada de ozônio, incluindo um uso futuro maior previsto em países em desenvolvimento. Outro fator que pode prolongar a depleção do ozônio é a redução de óxidos de nitrogênio acima da estratosfera devido à mudança nos padrões de vento. Uma tendência gradual em direção à recuperação foi relatada em 2016. Em 2019, o buraco de ozônio estava em seu menor nível nos trinta anos anteriores, devido à estratosfera polar mais quente enfraquecendo o vórtice polar. Em setembro de 2023, o buraco de ozônio da Antártida foi um dos maiores já registrados, com 26 milhões de quilômetros quadrados. A perda anormalmente grande de ozônio pode ter sido resultado da erupção vulcânica de Tonga em 2022.

#ProfessorAngeloAntonioLeitholdNotasDeAula#PY5AAL Os processos físicos e químicos básicos que levam à formação de uma camada de ozônio na estratosfera da Terra foram descobertos por Sydney Chapman em 1930. A radiação UV de comprimento de onda curto divide um oxigênio ( O2) molécula em dois átomos de oxigênio (O), que então se combinam com outras moléculas de oxigênio para formar ozônio. O ozônio é removido quando um átomo de oxigênio e uma molécula de ozônio recombinam para formar duas moléculas de oxigênio, ou seja, O + O3→ 2 O2. Na década de 1950, David Bates e Marcel Nicolet apresentaram evidências de que vários radicais livres, em particular hidroxila (OH) e óxido nítrico (NO), poderiam catalisar essa reação de recombinação, reduzindo a quantidade total de ozônio. Esses radicais livres eram conhecidos por estarem presentes na estratosfera e, portanto, eram considerados parte do equilíbrio natural, estimava-se que, na ausência deles, a camada de ozônio seria cerca de duas vezes mais espessa do que é atualmente. Em 1970, Paul Crutzen destacou que as emissões de óxido nitroso ( N2O ), um gás estável e de longa duração produzido por bactérias do solo, da superfície da Terra poderia afetar a quantidade de óxido nítrico (NO) na estratosfera. Crutzen mostrou que o óxido nitroso vive o suficiente para atingir a estratosfera, onde é convertido em NO. Crutzen então observou que o uso crescente de fertilizantes pode ter levado a um aumento nas emissões de óxido nitroso sobre o fundo natural, o que por sua vez resultaria em um aumento na quantidade de NO na estratosfera. Assim, a atividade humana poderia afetar a camada de ozônio estratosférico. No ano seguinte, Crutzen e (independentemente) Harold Johnston sugeriram que as emissões de NO de aeronaves supersônicas de passageiros, que voariam na estratosfera inferior, também poderiam esgotar a camada de ozônio. No entanto, uma análise mais recente, em 1995, feita por David W. Fahey, um cientista atmosférico da Administração Oceânica e Atmosférica Nacional , descobriu que a queda no ozônio seria de 1 a 2 por cento se uma frota de 500 aeronaves supersônicas de passageiros fosse operada. Isso, Fahey expressou, não seria um obstáculo para o desenvolvimento de aeronaves supersônicas avançadas de passageiros.

#ProfessorAngeloAntonioLeitholdNotasDeAula#PY5AAL Em 1974, Frank Sherwood Rowland, professor de química na Universidade da Califórnia em Irvine, e seu associado de pós-doutorado Mario J. Molina sugeriram que compostos orgânicos de halogênio de vida longa, como CFCs, poderiam se comportar de forma semelhante à que Crutzen havia proposto para o óxido nitroso. James Lovelock havia descoberto recentemente, durante um cruzeiro no Atlântico Sul em 1971, que quase todos os compostos de CFC fabricados desde sua invenção em 1930 ainda estavam presentes na atmosfera. Molina e Rowland concluíram que, como N2O , os CFCs atingiriam a estratosfera onde seriam dissociados pela luz UV, liberando átomos de cloro. Um ano antes, Richard Stolarski e Ralph Cicerone da Universidade de Michigan mostraram que o Cl é ainda mais eficiente que o NO em catalisar a destruição do ozônio. Conclusões semelhantes foram alcançadas por Michael McElroy e Steven Wofsy da Universidade de Harvard. Nenhum dos grupos, no entanto, percebeu que os CFCs eram uma fonte potencialmente grande de cloro estratosférico, em vez disso, eles estavam investigando os possíveis efeitos das emissões de HCl do Ônibus Espacial, que são muito menores. A hipótese Rowland-Molina foi fortemente contestada por representantes das indústrias de aerossóis e halocarbonos. O presidente do conselho da DuPont foi citado dizendo que a teoria da depleção da camada de ozônio "é um conto de ficção científica... um monte de lixo... um completo absurdo". Robert Abplanalp , o presidente da Precision Valve Corporation, e inventor da primeira válvula prática para lata de spray de aerossol, escreveu ao chanceler da UC Irvine para reclamar das declarações públicas de Rowland. No entanto, em três anos, a maioria das suposições básicas feitas por Rowland e Molina foram confirmadas por medições de laboratório e por observação direta na estratosfera. As concentrações dos gases de origem (CFCs e compostos relacionados) e as espécies de reservatório de cloro (HCl e ClONO2) foram medidos em toda a estratosfera e demonstraram que os CFCs eram de fato a principal fonte de cloro estratosférico e que quase todos os CFCs emitidos acabariam chegando à estratosfera. Ainda mais convincente foi a medição, por James G. Anderson e colaboradores, do monóxido de cloro (ClO) na estratosfera. O ClO é produzido pela reação do Cl com o ozônio, sua observação demonstrou, portanto, que os radicais Cl não apenas estavam presentes na estratosfera, mas também estavam realmente envolvidos na destruição do ozônio. McElroy e Wofsy estenderam o trabalho de Rowland e Molina ao mostrar que os átomos de bromo eram catalisadores ainda mais eficazes para a perda de ozônio do que os átomos de cloro e argumentaram que os compostos orgânicos bromados conhecidos como halons, amplamente usados em extintores de incêndio, eram uma fonte potencialmente grande de bromo estratosférico. Em 1976, a Academia Nacional de Ciências dos Estados Unidos divulgou um relatório concluindo que a hipótese de depleção do ozônio era fortemente apoiada pela evidência científica. Em resposta, os Estados Unidos, o Canadá e a Noruega proibiram o uso de CFCs em latas de spray aerossol em 1978. As primeiras estimativas eram de que, se a produção de CFCs continuasse nos níveis de 1977, o ozônio atmosférico total atingiria, após cerca de um século, um estado estável, 15 a 18 por cento abaixo dos níveis normais. Em 1984, quando melhores evidências sobre a velocidade das reações críticas estavam disponíveis, essa estimativa foi alterada para 5 a 9 por cento de depleção em estado estável. Crutzen, Molina e Rowland receberam o Prêmio Nobel de Química de 1995 por seu trabalho sobre o ozônio estratosférico.

#ProfessorAngeloAntonioLeitholdNotasDeAula#PY5AAL A descoberta do "buraco de ozônio" da Antártida pelos cientistas do British Antarctic Survey Farman, Gardiner e Shanklin, relatada pela primeira vez em um artigo na Nature em maio de 1985 , foi um choque para a comunidade científica, porque o declínio observado no ozônio polar foi muito maior do que o previsto. Medições de satélite, TOMS a bordo do Nimbus 7, mostrando uma redução maciça de ozônio ao redor do pólo sul estavam se tornando disponíveis ao mesmo tempo. No entanto, elas foram inicialmente rejeitadas como irracionais pelos algoritmos de controle de qualidade de dados, elas foram filtradas como erros, pois os valores eram inesperadamente baixos, o buraco de ozônio foi detectado apenas em dados de satélite quando os dados brutos foram reprocessados após evidências de redução de ozônio em observações in situ. Quando o software foi executado novamente sem os sinalizadores, o buraco de ozônio foi visto já em 1976. Susan Solomon, uma química atmosférica da National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), propôs que reações químicas em nuvens estratosféricas polares (PSCs) na fria estratosfera antártica causaram um aumento massivo, embora localizado e sazonal, na quantidade de cloro presente em formas ativas destruidoras de ozônio. As nuvens estratosféricas polares na Antártida são formadas apenas em temperaturas muito baixas, tão baixas quanto −80 °C, e em condições de início da primavera. Em tais condições, os cristais de gelo da nuvem fornecem uma superfície adequada para a conversão de compostos de cloro não reativos em compostos de cloro reativos, que podem facilmente esgotar o ozônio. Além disso, o vórtice polar formado sobre a Antártida é muito apertado e a reação que ocorre na superfície dos cristais de nuvens é muito diferente de quando ocorre na atmosfera. Essas condições levaram à formação do buraco de ozônio na Antártida. Esta hipótese foi decisivamente confirmada, primeiro por medições de laboratório e posteriormente por medições diretas, do solo e de aviões de alta altitude , de concentrações muito altas de monóxido de cloro (ClO) na estratosfera antártica. Hipóteses alternativas, que atribuíam o buraco na camada de ozônio a variações na radiação UV solar ou a alterações nos padrões de circulação atmosférica, também foram testadas e mostraram-se insustentáveis. Enquanto isso, a análise das medições de ozônio da rede mundial de espectrofotômetros Dobson baseados em terra levou um painel internacional a concluir que a camada de ozônio estava de fato sendo esgotada, em todas as latitudes fora dos trópicos. Essas tendências foram confirmadas por medições de satélite. Como consequência, as principais nações produtoras de halocarbonetos concordaram em eliminar gradualmente a produção de CFCs, halons e compostos relacionados, um processo que foi concluído em 1996. Desde 1981, o Programa das Nações Unidas para o Meio Ambiente, sob os auspícios da Organização Meteorológica Mundial, patrocinou uma série de relatórios técnicos sobre a Avaliação Científica da Depleção do Ozônio, com base em medições por satélite. O relatório de 2007 mostrou que o buraco na camada de ozônio estava se recuperando e era o menor que havia sido em cerca de uma década, e espera-se que o buraco de ozônio da Primavera sobre a Antártida se recupere muito mais tarde.

#ProfessorAngeloAntonioLeitholdNotasDeAula#PY5AAL Em 2012, a NOAA e a NASA relataram que temperaturas mais quentes do ar acima da Antártida levaram ao segundo menor buraco de ozônio sazonal em 20 anos, com média de 17,9 milhões de quilômetros quadrados. O buraco atingiu seu tamanho máximo para a temporada em 22 de setembro, estendendo-se para 21,2 milhões de quilômetros quadrados. Uma tendência gradual em direção à recuperação foi relatada em 2016 e depois em 2017. É relatado que o sinal de recuperação é evidente mesmo nas altitudes de saturação da perda de ozônio. O buraco na camada de ozônio da Terra sobre o Pólo Sul afetou a circulação atmosférica no Hemisfério Sul até o equador, pois influenciou a circulação atmosférica até os trópicos e aumentou a precipitação em latitudes subtropicais baixas no Hemisfério Sul.

#ProfessorAngeloAntonioLeitholdNotasDeAula#PY5AAL Em 3 de março de 2005, a revista Nature publicou um artigo que relacionava o buraco de ozônio invulgarmente grande do Ártico em 2004 à atividade do vento solar. Em 15 de março de 2011, foi observada uma perda recorde da camada de ozônio, com cerca de metade do ozônio presente sobre o Ártico tendo sido destruído. A mudança foi atribuída a invernos cada vez mais frios na estratosfera do Ártico a uma altitude de aproximadamente 20 km, uma mudança associada ao aquecimento global em uma relação que ainda está sob investigação. Em 25 de março, a perda de ozônio havia se tornado a maior em comparação com a observada em todos os invernos anteriores, com a possibilidade de se tornar um buraco na camada de ozônio. Isso exigiria que as quantidades de ozônio caíssem abaixo de 200 unidades Dobson, das 250 registradas na Sibéria central. Prevê-se que o afinamento da camada afetaria partes da Escandinávia e da Europa Oriental em 30 e 31 de março.

#ProfessorAngeloAntonioLeitholdNotasDeAula#PY5AAL Em 2 de outubro de 2011, um estudo foi publicado na revista Nature, que disse que entre dezembro de 2010 e março de 2011 até 80 por cento do ozônio na atmosfera a cerca de 20 quilômetros acima da superfície foi destruído. O nível de destruição do ozônio foi grave o suficiente para que os cientistas dissessem que poderia ser comparado ao buraco de ozônio que se forma sobre a Antártida a cada inverno. De acordo com o estudo, "pela primeira vez, ocorreu perda suficiente para ser razoavelmente descrito como um buraco de ozônio no Ártico". O estudo analisou dados dos satélites Aura e CALIPSO e determinou que a perda de ozônio maior do que o normal foi devido a um período incomumente longo de clima frio no Ártico, cerca de 30 dias a mais do que o normal, o que permitiu que mais compostos de cloro destruidores de ozônio fossem criados. De acordo com Lamont Poole, um dos coautores do estudo, as partículas de nuvens e de aerossóis nas quais os compostos de cloro são encontrados "eram abundantes no Ártico até meados de Março de 2011, muito mais tarde do que o habitual, com quantidades médias em algumas altitudes semelhantes às observadas na Antártida, e dramaticamente maiores do que os valores próximos de zero observados em Março na maioria dos Invernos do Ártico".

#ProfessorAngeloAntonioLeitholdNotasDeAula#PY5AAL Em 2013, os pesquisadores analisaram os dados e descobriram que o evento Ártico de 2010-2011 não atingiu os níveis de depleção de ozônio para ser classificado como um verdadeiro buraco. Um buraco no ozônio é geralmente classificado como 220 unidades Dobson ou menos, o buraco Ártico não se aproximou desse nível baixo, desde então, foi classificado como um "mini-buraco". Após a redução do ozônio em 1997 e 2011, uma queda de 90% foi medida por balões meteorológicos sobre o Ártico em março de 2020, uma vez que normalmente registavam 3,5 partes por milhão, em comparação com apenas cerca de 0,3 partes por milhão por último, devido às temperaturas mais frias alguma vez registadas desde 1979, e a um forte vórtice polar que permitiu que produtos químicos, incluindo cloro e bromo, reduzissem o ozônio. Um buraco raro, resultado de temperaturas anormalmente baixas na atmosfera acima do Polo Norte, foi estudado em 2020. Como os invernos mais frios são mais afetados, às vezes há um buraco de ozônio sobre o Tibete. Em 2006, um buraco de ozônio de 2,5 milhões de quilômetros quadrados foi detectado sobre o Tibete. Novamente em 2011, um buraco de ozônio apareceu sobre as regiões montanhosas do Tibete, Xinjiang, Qinghai e Hindu Kush, junto com um buraco sem precedentes sobre o Ártico, embora o do Tibete fosse muito menos intenso do que os do Ártico ou da Antártida. Uma investigação realizada em 2012 demonstrou que o mesmo processo que produz o buraco de ozônio sobre a Antártida ocorre sobre as nuvens de tempestade de Verão nos Estados Unidos, podendo assim estar a destruir o ozônio também nesse local.

#ProfessorAngeloAntonioLeitholdNotasDeAula#PY5AAL O físico Qing-Bin Lu, da Universidade de Waterloo, afirmou ter descoberto um grande buraco na camada de ozônio durante todas as estações na estratosfera inferior sobre os trópicos em julho de 2022. No entanto, outros pesquisadores da área refutaram essa afirmação, afirmando que a pesquisa estava repleta de "erros graves e afirmações infundadas". [ 161 ] De acordo com o Dr. Paul Young, um dos principais autores da Avaliação Científica da Depleção do Ozônio da OMM/PNUMA de 2022, "a identificação do autor de um 'buraco na camada de ozônio tropical' se deve ao fato de ele observar as mudanças percentuais no ozônio, em vez das mudanças absolutas, sendo estas últimas muito mais relevantes para os raios UV prejudiciais que atingem a superfície". Especificamente, o trabalho de Lu define "buraco de ozônio" como "uma área com perda de O3 em porcentagem maior que 25%, com relação ao valor de O3 não perturbado quando não havia CFCs significativos na estratosfera ~ na década de 1960", em vez da definição geral de 220 unidades Dobson ou menos. A Dra. Marta Abalos Alvarez acrescentou "A depleção de ozônio nos trópicos não é nenhuma novidade e se deve principalmente à aceleração da circulação de Brewer-Dobson".

#ProfessorAngeloAntonioLeitholdNotasDeAula#PY5AAL Analisando os impactos atmosféricos da temporada de incêndios florestais australianos de 2019–2020, cientistas liderados pela pesquisadora do MIT Susan Solomon descobriram que a fumaça destruiu 3–5% do ozônio nas áreas afetadas do Hemisfério Sul. As partículas de fumaça absorvem cloreto de hidrogênio e agem como um catalisador para criar radicais de cloro que destroem o ozônio. Entre outros, Robert Watson teve um papel na avaliação científica e nos esforços de regulamentação da depleção do ozônio e do aquecimento global. Antes da década de 1980, a UE, a NASA, a NAS, o PNUMA, a OMM e o governo britânico tinham relatórios científicos divergentes e Watson desempenhou um papel no processo de avaliações unificadas. Com base na experiência com o caso do ozônio, o IPCC começou a trabalhar em um relatório unificado e avaliação científica para chegar a um consenso para fornecer o Resumo do IPCC para formuladores de políticas.

Acima: Os níveis de ozônio estabilizaram na década de 1990, após o Protocolo de Montreal, e começaram a recuperar. Prevê-se que atinjam os níveis anteriores a 1980 antes de 2075.

#ProfessorAngeloAntonioLeitholdNotasDeAula#PY5AAL Espera-se que o forçamento radiativo que produz o aquecimento global resfrie a estratosfera e que esse resfriamento, por sua vez, produza um aumento relativo do ozônio (O3) esgotamento nas áreas polares e a frequência de buracos na camada de ozônio. Por outro lado, a depleção do ozônio representa uma força radiativa do sistema climático. Há dois efeitos opostos, o ozônio reduzido faz com que a estratosfera absorva menos radiação solar, resfriando assim a estratosfera enquanto aquece a troposfera, a estratosfera mais fria resultante emite menos radiação de onda longa para baixo, resfriando assim a troposfera. No geral, o resfriamento domina, o IPCC conclui que "O3 estratosférico observado. As perdas nas últimas duas décadas causaram uma força negativa do sistema superfície-troposfera de cerca de -0,15 ± 0,10 watts por metro quadrado (W/m² ). Uma das previsões mais fortes do efeito estufa é que a estratosfera irá esfriar. Embora esse resfriamento tenha sido observado, não é trivial separar os efeitos das mudanças na concentração de gases de efeito estufa e da depleção da camada de ozônio, uma vez que ambos levarão ao resfriamento. No entanto, isso pode ser feito por modelagem estratosférica numérica. Resultados do Laboratório de Dinâmica de Fluidos Geofísicos da Administração Oceânica e Atmosférica Nacional mostram que acima de 20 km, os gases de efeito estufa dominam o resfriamento.

#ProfessorAngeloAntonioLeitholdNotasDeAula#PY5AAL Os produtos químicos que destroem a camada de ozônio são também frequentemente gases com efeito de estufa. Os aumentos nas concentrações destes produtos químicos produziram 0,34 ± 0,03 W/m² de forçamento radiativo, correspondendo a cerca de 14 por cento do forçamento radiativo total dos aumentos nas concentrações de gases com efeito de estufa bem misturados. A modelagem de longo prazo do processo, sua medição, estudo, design de teorias e testes levam décadas para documentar, ganhar ampla aceitação e, finalmente, se tornar o paradigma dominante. Várias teorias sobre a destruição do ozônio foram hipotetizadas na década de 1980, publicadas no final da década de 1990 e agora estão sendo investigadas. Dr. Drew Schindell e Dr. Paul Newman, NASA Goddard, propuseram uma teoria no final da década de 1990, usando métodos de modelagem computacional para modelar a destruição do ozônio, que foi responsável por 78% do ozônio destruído. Um refinamento adicional desse modelo foi responsável por 89% do ozônio destruído, mas atrasou a recuperação estimada do buraco de ozônio de 75 anos para 150 anos. Como as moléculas de CFC são mais pesadas que o ar, nitrogênio ou oxigênio, os gases atmosféricos não são classificados por peso nessas altitudes, as forças do vento podem misturar completamente os gases na atmosfera. Alguns dos CFCs mais pesados não são distribuídos uniformemente. Alguns negacionistas do clima afirmam que " as fontes naturais de cloro troposférico são quatro a cinco vezes maiores do que as artificiais", embora esta afirmação seja estritamente verdadeira, o cloro troposférico é irrelevante, é o cloro estratosférico que afeta a depleção do ozônio, o cloro do spray oceânico é solúvel e, portanto, é lavado pela chuva antes de atingir a estratosfera. Os CFCs, em contraste, são insolúveis e de longa duração, permitindo que atinjam a estratosfera. Na baixa atmosfera, há muito mais cloro dos CFCs e haloalcanos relacionados do que há no HCl do spray salino, e na estratosfera os halocarbonos são dominantes. Apenas o cloreto de metila, que é um desses halocarbonos, tem uma fonte principalmente natural, e é responsável por cerca de 20 por cento do cloro na estratosfera, os 80 por cento restantes vêm de fontes artificiais. Erupções vulcânicas muito violentas podem injetar HCl na estratosfera, mas os pesquisadores demonstraram que a contribuição não é significativa em comparação com a dos CFCs.

#ProfessorAngeloAntonioLeitholdNotasDeAula#PY5AAL Uma afirmação errônea semelhante é que os compostos de halogênio solúveis da pluma vulcânica do Monte Erebus na Ilha Ross, na Antártida, são os principais contribuintes para o buraco de ozônio na Antártida. No entanto, um estudo de 2015 mostrou que o papel do vulcão Monte Erebus na depleção do ozônio da Antártida foi provavelmente subestimado. Com base nos dados de reanálise do NCEP/NCAR dos últimos 35 anos e usando o modelo de trajetória NOAA HYSPLIT, os pesquisadores mostraram que as emissões de gás do vulcão Erebus podem atingir a estratosfera da Antártida por meio de ciclones de alta latitude e, em seguida, o vórtice polar. Dependendo da atividade do vulcão Erebus, a massa anual adicional de HCl que entra na estratosfera a partir do Erebus varia de 1,0 a 14,3 kt.

#ProfessorAngeloAntonioLeitholdNotasDeAula#PY5AAL Dobson mencionou que quando os níveis de ozônio da primavera na Antártida sobre a Baía de Halley foram medidos pela primeira vez em 1956, ele ficou surpreso ao descobrir que eles eram ~320 DU, ou cerca de 150 DU abaixo dos níveis árticos da primavera de ~450 DU. Esses eram naquela época os únicos valores conhecidos de ozônio da Antártida disponíveis. O que Dobson descreve é essencialmente a linha de base a partir da qual o buraco de ozônio é medido, os valores reais do buraco de ozônio estão na faixa de 150–100 DU. A discrepância entre o Ártico e a Antártida observada por Dobson foi principalmente uma questão de tempo, durante a primavera do Ártico, os níveis de ozônio aumentaram suavemente, atingindo o pico em abril, enquanto na Antártida eles permaneceram aproximadamente constantes durante o início da primavera, aumentando abruptamente em novembro, quando o vórtice polar se rompeu. O comportamento observado no buraco de ozônio da Antártida é diferente. Em vez de permanecerem constantes, os níveis de ozônio no início da primavera caem de seus valores já baixos do inverno, em até 50 por cento, e os valores normais não são atingidos novamente até dezembro. Algumas pessoas pensaram que o buraco de ozônio deveria estar acima das fontes de CFCs. No entanto, os CFCs estão bem misturados globalmente na troposfera e estratosfera. A razão para a ocorrência do buraco de ozônio acima da Antártida não é porque há mais CFCs concentrados, mas porque as baixas temperaturas ajudam a formar nuvens estratosféricas polares. Há descobertas de "buracos de ozônio" significativos e localizados acima de outras partes da Terra, como acima da Ásia Central.

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