Ozono troposférico, una peligrosa inmisión atmosférica

El ozono troposférico (O3) es un gas que está presente en la capa más baja de la atmósfera terrestre o troposfera, la que se extiende hasta los 10 kilómetros de altura.

Es también conocido como ozono superficial o ambiental y, en contacto con la biosfera, se convierte en un dañino contaminante atmosférico. Llegando incluso a ser parte del temido esmog que afecta a las grandes ciudades y áreas industriales.

Aunque el ozono troposférico comparte nombre con el ozono beneficioso, aquel que se encuentra en la estratosfera (capa de la atmósfera que asciende hasta 50 kilómetros desde la superficie terrestre) no cumple una función tan importante. El ozono se forma cuando la luz intensa rompe las moléculas de oxígeno (O2) y vuelven a combinarse en forma de ozono (O3). 

El ozono alcanza su mayor densidad a 20 kilómetros de la superficie terrestre. Es cuando constituye la pantalla que protege a la vida del planeta de las nocivas radiaciones ultravioleta (UV) que provienen del sol.

El ozono troposférico posee propiedades y efectos que difieren significativamente del ozono atmosférico o bueno. Por ejemplo, no es un gas que se emite directamente al aire, sino que se origina a través de la interacción entre contaminantes y radiación solar

Además, el ozono troposférico actúa negativamente sobre los ecosistemas ya que perjudica a la vegetación al reducir su capacidad de fotosíntesis y contribuye al cambio climático al tratarse de un gas de efecto invernadero que provoca el calentamiento global a nivel de la superficie terrestre.

Infografía del ozono troposférico - Kunak

Infografía del ozono troposférico

Cómo se forma el ozono troposférico

Su formación a nivel de la troposfera se produce al combinarse tres átomos de oxígeno con los óxidos de nitrógeno (NOx), metano (CH4) y los compuestos orgánicos volátiles (COV) procedentes de actividades antropogénicas como la quema de combustibles fósiles y las actividades industriales como el refinado del petróleo o la generación de energía eléctrica. 

En conjunto, dichas moléculas constituyen una sopa ambiental que sufre una reacción fotoquímica (activada por la luz solar) cuando el sol incide de forma intensa y durante horas. Por ello son la primavera y el verano las estaciones del año en que se produce un mayor incremento del ozono troposférico. Son los momentos en que se origina el característico esmog veraniego que suele tener lugar bien avanzado el verano en el hemisferio norte.

En resumen, la formación del ozono troposférico, al no proceder de una fuente de emisión concreta, es una inmisión que necesita para combinarse con el oxígeno molecular, normalmente en zonas urbanas e industrializadas, la conjunción de diversos factores ambientales:

    • Radiación solar
    • Temperatura ambiental
    • Incremento en la concentración de emisiones de:
      • compuestos orgánicos volátiles
      • metano
      • óxidos de nitrógeno

De igual manera, el efecto del viento puede hacer que las emisiones precursoras de la formación del ozono ambiental viajen a grandes distancias de su punto de origen, afectando de este modo no solo a entornos urbanos sino también al medio rural.

Efectos del ozono a nivel del suelo - Kunak

Efectos del ozono a nivel del suelo

Impactos en la salud y el medio ambiente

El ozono troposférico, aunque incoloro e inodoro e incluso estando presente a baja concentración, es capaz de causar irritación ocular, de mucosas y vías respiratorias. Además de provocar dificultad para respirar, se halla en el origen del dolor de cabeza y en el agravamiento de patologías respiratorias existentes como el asma, enfisema y bronquitis.

 Además de los problemas respiratorios, el ozono inhalado también puede afectar el sistema cardiovascular. Estudios recientes indican una correlación entre la exposición al ozono inhalado y el aumento del riesgo de ataques cardíacos y accidentes cerebrovasculares.

Es especialmente peligroso para aquella población sensible como los niños y las personas de edad avanzada. Además incide directamente en las infecciones pulmonares y en el aumento de la mortalidad prematura.

La exposición prolongada a la contaminación atmosférica por ozono está relacionada con un millón de muertes prematuras al año debidas a enfermedades respiratorias. Climate & Clean Air Coalition (UNEP).

En la fauna silvestre, la presencia de ozono troposférico puede ser la causa de que se produzcan edemas pulmonares. De igual manera daña a la vegetación bloqueando la capacidad fotosintética de las estructuras vegetales, factor que incide directamente en la productividad agrícola y de la silvicultura. Asimismo reduce la capacidad de las plantas para captar el dióxido de carbono de la atmósfera.

Es muy importante la relación directa que el ozono troposférico o ambiental tiene con el cambio climático. Su presencia, como gas de efecto invernadero, contribuye a calentar la troposfera, donde se desarrolla la vida del planeta. Es uno de los gases, después del metano (CH4) y el dióxido de carbono (CO2), que mayormente contribuye al calentamiento global.

Medidas para reducir el ozono troposférico

El ozono total hace referencia a la proporción general de ozono en una columna vertical de la atmósfera, desde la superficie de la Tierra hasta el borde exterior de la estratosfera. Aunque la mayor parte del ozono total se encuentra en la estratosfera, el ozono troposférico también contribuye a la cantidad total de ozono

Por lo tanto, las medidas de ozono total pueden ayudar a los científicos a entender las concentraciones de ozono tanto en la estratosfera como en la troposfera. A pesar de su contribución al ozono total, el ozono troposférico se considera un contaminante del aire. Por lo tanto, es esencial para nuestra salud y el medio ambiente limitar la formación de ozono troposférico y reducir nuestras emisiones de los contaminantes que contribuyen a su formación. 

El ozono atmosférico ha experimentado distintos cambios en la estratosfera y la troposfera durante la segunda mitad del siglo XX, con un agotamiento en la estratosfera y un aumento en la troposfera. Liu, W., Hegglin, MI, Checa-García, R. et al. (2021).

Para disminuir los niveles de ozono troposférico y mejorar la calidad del aire respirable, es crucial reducir las emisiones de sus precursores: óxidos de nitrógeno y compuestos orgánicos volátiles. Esto implica implementar tecnologías de control de emisiones más estrictas, mejorar la eficiencia energética y promover el uso de energías más limpias.

Además, es fundamental concienciar a la población sobre la importancia de adoptar hábitos y conductas que reduzcan la emisión de estos contaminantes, como el uso de transporte público, la reducción del consumo de productos químicos volátiles en el hogar y el trabajo y la elección de productos y servicios con menor huella de carbono.

A través de estas acciones, cada individuo puede contribuir a la reducción de la concentración de ozono troposférico y a la mejora de la calidad del aire que respiramos. Con un enfoque integral y colaborativo, podemos lograr un aire más limpio y saludable para todos.

Cuándo y dónde hay mayor concentración de ozono troposférico

La concentración de ozono troposférico varía según la hora del día, la estación del año y la ubicación geográfica. Los niveles de ozono son generalmente más altos durante las horas pico de luz solar y en áreas urbanas donde la contaminación del aire es alta. 

Sin embargo, se ha demostrado que este ozono puede ser transportado decenas de kilómetros por los vientos, lo que significa que las áreas rurales y remotas también pueden verse afectadas. Por lo tanto, es esencial monitorear los niveles de ozono troposférico y tomar medidas para reducir la formación de ozono troposférico. 

Legislación y umbrales del ozono ambiental

Diversos países han establecido regulaciones para controlar la concentración de ozono troposférico en el aire libre. Estas normativas fijan límites expresados en el índice de calidad del aire, que incluyen el ozono total, el ozono moderado y otros contaminantes. Los umbrales pueden variar según la ubicación geográfica, la estación del año y la hora del día.

Las agencias de medioambiente gubernamentales son responsables de:

  • monitorear el cumplimiento de estas regulaciones
  • realizar inspecciones
  • imponer sanciones
  • promover iniciativas para mejorar la calidad del aire

No obstante, es una responsabilidad colectiva velar por un ambiente saludable y proteger a la población de los efectos nocivos del ozono troposférico. Es fundamental comprender que la protección del aire respirable requiere la participación activa tanto de los sectores público y privado como de la ciudadanía.

Así en Estados Unidos la legislación sobre el ozono troposférico está principalmente regulada por la Ley de Aire Limpio (Clean Air Act). Es la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA) la encargada de establecer estándares nacionales de calidad del aire para el ozono, con el objetivo de proteger la salud pública y el medio ambiente. 

El ozono troposférico no puede sobrepasar la concentración de 0.070 ppm (partículas por millón) en mediciones máximas diarias de ocho horas en media de tres años.

La Unión Europea regula el ozono en el aire ambiente mediante la Directiva 2002/3/CE del Parlamento Europeo y del Consejo. Es importante garantizar una protección eficaz contra los efectos nocivos sobre la salud humana de la exposición al ozono. Los efectos nocivos del ozono sobre la vegetación, los ecosistemas y el medio ambiente en su conjunto deben reducirse al máximo posible. La naturaleza transfronteriza de la contaminación por ozono exige la adopción de medidas a nivel comunitario.

Sinopsis de los valores umbral y objetivo y de los objetivos a largo plazo para el ozono atmosférico troposférico:

Valor objetivo para la protección de la salud humana Valor objetivo para la protección de la vegetación Objetivo a largo plazo
para la protección de la salud humana
Objetivo a largo plazo
para la protección de la vegetación
Umbral
de información para la protección de la salud humana
Umbral de alerta para la protección de la salud humana
Media diaria máxima de ocho horas: 120 μg/m3 en más de 25 días por año natural promediado a lo largo de tres años AOT40* de mayo a julio: 18.000 μg/m3 x h promediado a lo largo de cinco años Media diaria máxima de ocho horas dentro de un año civil: 120 μg/m3 AOT40* de mayo a julio: 6.000 μg/m3 x h Concentración de 1 hora: 180 μg/m3 Concentración de 1 hora: 240 μg/m3

* AOT40 (μg/m3 x horas) es la suma de la diferencia entre concentraciones horarias superiores a 80 μg/m3 y 80 μg/m3 durante un período determinado utilizando únicamente los valores de 1 hora medidos entre las 8.00 y las 20.00 horas de Europa Central (hora central europea) cada día.

Los valores máximos de ozono ambiente diario admitidos son de 120 µg/m3 tomando como media un periodo de 25 días por año natural promediado a lo largo de tres años. 

La revisión que en 2024 se ha llevado a cabo de la Ley de Calidad del Aire en la UE ha establecido una reducción de estas mediciones. Tiene el objetivo de lograr que para el año 2030 dicho valor de referencia (120 µg/m3) sea considerado para una media de 18 días por año natural.

Niveles de O3 (2005 VS 2021) - Organización Mundial Salud - Kunak

Niveles de O3 (2005 VS 2021) – Organización Mundial Salud

No obstante, la Organización Mundial de la Salud (OMS) establece un nivel recomendado de 60 μg/m3 durante la «temporada alta». Es decir, los seis meses consecutivos con la media móvil más alta de concentración de ozono. Dentro de ese marco temporal, las concentraciones medias de ozono se promedian a lo largo de un máximo diario de 8 horas.