¿El ozono es bueno o malo?: las paradojas de uno de los principales gases de la atmósfera

¿Sabías que existe el “ozono bueno” y el “ozono malo”? ¿Y que esta molécula podría ser, dependiendo de la altitud a la que se encuentre, una necesidad absoluta para la vida en la tierra, o un gas de efecto invernadero unido a un contaminante nocivo para la salud? Echemos un vistazo a lo que la ciencia sabe, o aún no sabe, sobre esta molécula multifacética que aún está llena de misterios.

El ozono está presente de forma natural en nuestra atmósfera y fue identificado por el químico suizo-alemán C.F. Schönbein en 1840 durante experimentos de laboratorio. La composición química de esta molécula, formada por tres átomos de oxígeno (O3), no se descubrió hasta unos años después, en 1865. La palabra ozono proviene de la palabra latina “ozein” que significa “oler” porque este gas tiene un olor característico que permite detectarlo. Este es el olor que produce una impresora, por ejemplo, durante una tirada, porque el alto voltaje requerido para imprimir puede producir una descarga electrostática lo suficientemente grande como para descomponer el oxígeno y generar este olor.

Dependiendo de si el ozono se encuentra en la estratosfera (entre 15 y 35 kilómetros por encima de nosotros) o en la troposfera (a menos de 10 kilómetros sobre el nivel del mar), puede desempeñar un papel radicalmente diferente para la vida en la Tierra. Esta es quizás su mayor paradoja.

En la estratosfera, condiciona la vida en el planeta. Después del oxígeno y el nitrógeno, es el componente reactivo más abundante. Aquí es donde se encuentra el 90% del ozono atmosférico, que luego funciona como un escudo protector al absorber la mayor parte de los dañinos rayos ultravioleta. Por lo tanto, el ozono evita que esta radiación que destruye el ADN llegue a la superficie de la Tierra.

Pero en la década de 1980, los científicos se dieron cuenta de una realidad preocupante: las actividades humanas habían alterado la capa de ozono, hasta el punto de que se formaba un agujero cada año en primavera, amenazando así directamente la vida en la Tierra. Esta situación inédita generó una reacción sin precedentes, que llevó a la elaboración del primer protocolo ambiental de alcance internacional: el Protocolo de Montreal en 1987. Este acuerdo, ratificado por 197 estados, ha permitido la reducción gradual de sustancias que amenazan la capa de ozono, principalmente clorofluorocarbonos y halones, utilizados en particular para refrigeración y aire acondicionado.

El 10% restante del ozono se distribuye en la atmósfera más cerca de la superficie (entre 0 y unos 10 km) donde se ubican las actividades humanas. Se trata del ozono troposférico, que se convierte, a esta altura, en un contaminante atmosférico con efectos nocivos sobre la vegetación y la salud humana, cuando los 14.000 litros de aire diarios que respiramos de media están especialmente cargados de ozono. Este ozono troposférico es también uno de los principales gases de efecto invernadero de las actividades humanas.

Sin embargo, todavía es difícil entender cómo se forma porque la química que conduce a la formación de ozono es compleja. De hecho, varios cientos de reacciones en la atmósfera pueden generar ozono bajo el efecto de una insolación significativa y temperaturas favorables. Esto se debe a que existen muchos precursores del ozono, es decir, compuestos que pueden generar ozono cuando reaccionan entre sí. Sin embargo, se pueden identificar algunos de los principales, como los óxidos de nitrógeno (NOx) emitidos por el tráfico de automóviles y la industria, así como los compuestos orgánicos volátiles (COV) generados por las actividades humanas y emitidos por la vegetación.

Por lo tanto, el ozono troposférico es un contaminante secundario porque no se emite directamente a la superficie de la Tierra. Los episodios de contaminación por ozono se registran a menudo en primavera y verano por varias razones: la luz solar es más intensa y los días son más largos, proporcionando más energía para las reacciones fotoquímicas necesarias para la formación de ozono. Las altas temperaturas aumentan la tasa de emisión de precursores (especialmente COV) y, en general, las temperaturas más altas aumentan la velocidad de reacción de los precursores de ozono, lo que conduce a una producción de ozono más rápida y abundante.

Este compuesto es perjudicial para la salud humana, irrita las vías respiratorias superiores y también tiene un efecto fitotóxico, alterando los principales procesos fisiológicos de las plantas. De hecho, se pueden formar pequeñas manchas necróticas en la superficie de las hojas, lo que reduce la fotosíntesis y, en consecuencia, la productividad de los cultivos y los rendimientos agrícolas. Los científicos estiman que las pérdidas actuales de rendimiento agrícola general son de alrededor del 3% para el maíz y el arroz y de alrededor del 7% para la soja y el trigo.

La complejidad de la química del ozono no se detiene ahí: los NOx y los COV compiten para formar o destruir el ozono. Por lo tanto, una mala calidad del aire con una alta concentración de óxidos de nitrógeno puede destruir el ozono. Esta es una observación que hemos podido deducir en nuestro trabajo: las concentraciones de ozono son generalmente más altas en el campo, a 50 o 100 km de las ciudades contaminadas. Allí, el ozono tiene el régimen perfecto para formarse: concentraciones de óxidos de nitrógeno y COV que no son ni demasiado altas ni demasiado bajas. Esta realidad es otra paradoja del ozono. Pero, ¿qué se puede hacer para controlar mejor esta fuente de contaminación?

Las concentraciones de ozono son monitoreadas por casi 2.000 estaciones en toda Europa bajo la Directiva de Calidad del Aire Ambiente de 2008. Los datos satelitales y los modelos de predicción, junto con los datos in situ, nos permiten cartografiar el ozono y predecirlo. Esto lo proporciona, en particular, el Servicio de Vigilancia de la Atmósfera de Copernicus (CAMS).

Para reducir el ozono en la troposfera, la estrategia consiste en reducir las emisiones de sus precursores. Hoy en día, hay tendencias a la baja para varios contaminantes en Francia. Por ejemplo, las concentraciones de partículas finas y NOx han disminuido una media del 40% entre 2013 y 2023 en Île-de-France.

Por otro lado, el ozono se mantuvo estable durante el mismo período. A esto se le llama química fuertemente no lineal. Si las reducciones de precursores no son equilibradas, pueden dar lugar a resultados inesperados. Por ejemplo, reducir solo los óxidos de nitrógeno o solo los COV sin reducir el otro precursor puede cambiar el equilibrio químico de una manera que mantenga o incluso aumente los niveles de ozono. Esto dificulta el diseño de estrategias: la reducción uniforme de las emisiones de precursores no conduce sistemáticamente a reducciones de los niveles de ozono. Por lo tanto, todos los habitantes de Île-de-France están expuestos a concentraciones de ozono superiores a los umbrales establecidos por la Organización Mundial de la Salud.

Sin embargo, los efectos del ozono troposférico, y de cualquier contaminante atmosférico en general, no son sólo un problema local. Las concentraciones de contaminantes también dependen del transporte del propio contaminante, o de sus precursores, desde fuentes a veces a cientos de kilómetros de distancia. Un estudio de 2024 mostró que más del 50% de la mortalidad por ozono en Europa está asociada al ozono transportado desde fuera del continente.

La Agencia Europea de Medio Ambiente señala en su informe sobre la contaminación atmosférica en Europa que la exposición a corto plazo al ozono troposférico causó 22.000 muertes prematuras en 41 países europeos en 2021, incluidas 2.370 en Francia. El aumento de las temperaturas acelerará el proceso químico de formación de ozono troposférico. Esto también amenaza la seguridad alimentaria actual y futura.

Casi dos siglos después de su identificación, el ozono sigue siendo una molécula misteriosa en muchos aspectos.

Por lo tanto, la comprensión científica de los ciclos químicos y el comportamiento fisicoquímico de moléculas clave en la atmósfera, como el ozono, es esencial para establecer estrategias políticas y económicas coordinadas entre los países para reducir los riesgos para la salud y los impactos de las actividades humanas.

*Sarah Safieddine es becaria de investigación del CNRS (LATMOS/IPSL), Universidad de la Sorbona. Camille Viatte es investigadora en LATMOS/IPSL/CNRS, Universidad de la Sorbona. Cathy Clerbaux es directora de Investigación en el CNRS (LATMOS/IPSL) y profesora visitante en la Universidad Libre de Bruselas.

*Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation.