O que é o ozono?
O ozono (O3) é um gás cuja molécula é constituída por três átomos de oxigénio, que se forma por dissociação dos dois átomos que compõem o gás oxigénio (O2). Cada átomo de oxigénio libertado junta-se a outra molécula de oxigénio gasoso, formando moléculas de ozono.
É um dos gases constituintes da atmosfera, onde desempenha algumas tarefas vitais. Encontra-se maioritariamente na estratosfera (90%), com uma concentração que atinge o valor máximo entre os 19 e os 35 quilómetros de altitude, na chamada camada de ozono, cujo posicionamento varia em função da altura do ano e da localização geográfica.
Todavia, é possível encontrar ozono na troposfera, onde se converte num problema para a saúde e o meio ambiente.
Ao contrário de outros gases com efeito de estufa, que apresentam concentrações assaz uniformes na atmosfera, o ozono tem uma vida curta e a sua distribuição é controlada tanto pelos processos fotoquímicos que ditam a sua produção e destruição, como por processos dinâmicos (o transporte por ventos estratosféricos). Adicionalmente, é inteiramente originado na atmosfera, sem que seja alvo de emissão, como acontece com outros gases com efeito de estufa.
Propriedades do ozono
À temperatura e pressão ambiente, o ozono é um gás instável e, regra geral, incolor, embora possa manifestar um tom azulado quando presente em altas concentrações. Apresenta um odor característico, que podemos detetar, por exemplo, durante tempestades elétricas (trovoadas).
É um oxidante forte, muito fácil de produzir e igualmente frágil e fácil de destruir. Altamente reativo com muitos compostos químicos e explosivo em pequenas quantidades.
É mais estável no ar do que em solução aquosa, com uma meia-vida de 20 minutos na água e de 12 horas no ar.
Como é medido o ozono atmosférico?
As medidas mais comuns de ozono atmosférico são a) o ozono total, que expressa a quantidade total de ozono contida numa coluna vertical, de base unitária, que se estende da superfície terrestre até ao topo da atmosfera no local onde a medição está a ser efetuada e b) o perfil vertical de ozono, que indica níveis de ozono em função da altitude ou da pressão atmosférica.
O ozono total é expresso em Unidades Dobson (UD). Cada unidade Dobson é definida como a espessura, expressa em unidades de 10-5 m, que seria ocupada por uma coluna de ozono, caso fosse comprimida numa camada de densidade uniforme, a condições normais de pressão e temperatura (1 atm e 0 °C). Uma UD equivale a uma coluna de ozono com 2,69 x 1020 moléculas de ozono por metro quadrado.
Os valores de ozono total oscilam entre 200 e 500 UD, com uma média global de 300 UD.
Por outro lado, o perfil vertical de ozono pode ser determinado em qualquer nível da atmosfera, correspondendo à pressão parcial aí exercida pelo ozono. A unidade de medida mais comum neste caso é o milipascal.
O ozono na estratosfera
Embora exista ozono desde a superfície terrestre até uma altitude aproximada de 70 km, a sua grande maioria (aproximadamente 90%) encontra-se na estratosfera. É o chamado ozono estratosférico.
O ozono encontra-se de forma natural na estratosfera, onde forma a chamada camada de ozono. A região de maior concentração deste gás é também conhecida como ozonosfera (situada a cerca de 25 km de altitude).
O ozono estratosférico é criado quando a radiação ultravioleta (UV) do Sol cinde as moléculas de oxigénio em dois átomos de oxigénio. Estes átomos, altamente reativos, reagem com outras moléculas de O2, dando origem ao ozono. Este processo tem o nome de fotólise.
O ozono é igualmente destruído por ação da radiação UV do Sol, dado que a radiação de comprimento de onda inferior a 290 nm faz com que a molécula de ozono perca um atómo de oxigénio.
Temos assim um equilíbrio dinâmico entre a formação e a destruição contínua de ozono na estratosfera, que absorve a maioria da radiação UV (com comprimento de onda inferior a 290 nm) proveniente do Sol. Como resultado, a concentração de O3 estratosférico permanece relativamente constante.
Todavia, a quantidade de ozono na estratosfera pode variar com a latitude, a estação do ano e até diariamente.
A maioria do ozono é gerada sobre o equador, em virtude do maior nível de incidência solar aí registado, e a partir de onde é transportado pelo vento para outras latitudes.
Normalmente, os valores mais elevados de ozono estratosférico são registados sobre o Ártico canadiano e na Sibéria, ao passo que os mais reduzidos se verificam na região equatorial.
A variação sazonal mais conhecida é a que ocorre no inverno e primavera austral (de julho a outubro), altura em que se produz uma rarefação considerável da camada de ozono situada sobre a Antártida. Este fenómeno, conhecido como buraco na camada de ozono, também pode ocorrer, embora de forma mais ligeira, na região do Ártico, durante o inverno boreal.
Por último, também as condições meteorológicas podem causar variações diárias significativas.
O ozono estratosférico é essencial para a nossa vida e saúde, sendo conhecido como “ozono bom”.
Por um lado, atua como o principal filtro contra a radiação UV do Sol, ao impedir a sua chegada à superfície terrestre. Sem a camada de ozono, esta radiação seria fortemente prejudicial para seres humanos, animais e plantas. Aumentariam os casos de cancro da pele, cataratas, e os nossos sistemas imunitários ver-se-iam afetados.
Da mesma forma, a absorção de radiação UV pelo ozono desempenha um papel fundamental no controlo da temperatura da atmosfera terrestre. O ozono é responsável pelo aumento da temperatura na estratosfera (aumenta com a espessura desta camada).
A destruição da camada de ozono
Numa atmosfera não poluída, existiria um equilíbrio ideal entre o ozono estratosférico produzido e destruído. Contudo, nas últimas décadas, a destruição tem superado a produção. Isto deu origem ao problema do chamado buraco do ozono.
Esta destruição da camada de ozono tem origem, essencialmente, nas emissões de clorofluorcarbonetos (CFC), utilizados em aerossóis, agentes formadores de espuma, produtos de limpeza industriais e em refrigeração. Estas substâncias, destruidoras do ozono estratosférico, são conhecidas como substâncias que empobrecem a camada de ozono (em inglês, “ozone depleting substances”, abreviadas pela sigla ODS), de origem exclusivamente artificial.
Com o tempo, estes compostos de grande persistência na atmosfera (que pode chegar a 200 anos), alcançam a estratosfera, onde atacam a camada de ozono através de um processo fotoquímico.
Quando incide luz solar sobre uma molécula de CFC, dá-se a libertação de um átomo de cloro com um eletrão livre (radical cloro), fortemente reativo e com grande afinidade com as moléculas de ozono, que destrói.
Este fenómeno começou a ser notado na década de 1970, e especialmente na de 1980, com o acumular das evidências sobre o aparecimento de um buraco na camada de ozono situada sobre a Antártida, no final do Inverno austral, com um desaparecimento de até 50% do ozono habitualmente presente na estratosfera.
As temperaturas muito baixas da estratosfera sobre a Antártida nas noites de inverno favorecem a formação de partículas de gelo denominadas nuvens estratosféricas polares, que atuam como catalisador das reações geradoras de cloro. Ao chegar a primavera, a luz solar decompõe o cloro molecular de tal forma que os átomos de cloro agora livres vão reagir com o ozono, provocando a sua destruição.
Este fenómeno, embora em menor escala, também ocorre sobre o Polo Norte durante o inverno boreal. Esta menor escala deve-se ao facto de, aqui, as temperaturas serem mais elevadas do que as da estratosfera antártica.
Observou-se que esta deterioração da camada de ozono se repetia todos os anos, no início da primavera, sendo seguida de uma recuperação no verão e no outono. Não obstante, a cada ano que passava, esta recuperação era cada vez menor. De facto, a destruição da camada de ozono progredia a um ritmo tal que foi necessário tomar medidas com caráter de urgência.
Como resultado do acordo do Protocolo de Montreal (1987), oram estabelecidos controlos rigorosos sobre a produção e utilização de substâncias que empobrecem a camada de ozono, de tal forma que, hoje em dia, tanto o fabrico como a utilização dos CFC se encontram proibidos na União Europeia.
Graças a estas medidas, os níveis de ozono estabilizaram na última década do século XX, tendo vindo a recuperar desde o início do século XXI. Espera-se que esta recuperação continue de forma a que, em 2075, se voltem a atingir os níveis verificados antes de 1980. Este é um processo demorado, dada a longa permanência destes poluentes na atmosfera.
Estima-se que, se estas medidas não tivessem sido tomadas, em 2065, teriam já sido destruídos dois terços da camada de ozono, com um buraco permanente durante a totalidade do ano.
O ozono na troposfera
O ozono ambiental existente na troposfera, entre a superfície e a tropopausa (a cerca de 18 km de altitude) é conhecido como ozono troposférico ou “ozono mau”. Atinge maiores concentrações nos primeiros metros da baixa troposfera, onde reside o chamado ozono superficial.
Neste caso, trata-se de um poluente secundário, formado graças a reações fotoquímicas entre poluentes primários, principalmente óxidos de azoto (NOX), compostos orgânicos voláteis (COV) e, em menor medida, monóxido de carbono (CO). Ou seja, não é diretamente emitido para a atmosfera.
Os óxidos de azoto têm origem nos processos de combustão, sendo o trânsito rodoviário a principal fonte das suas emissões. Os compostos orgânicos voláteis têm origem em toda uma série de atividades: transporte rodoviário, pintura, refinarias, limpeza a seco de tecidos e outras atividades que requerem a utilização de solventes. Os COV também podem ter origem natural, em processos biogénicos da vegetação.
Todas estas substâncias químicas, sejam elas de origem natura ou artificial, reagem na troposfera, por ação da luz solar, provocando a formação de ozono.
A velocidade e a quantidade em que o ozono se forma na troposfera são fortemente promovidos pelo aumento da radiação solar, pelas emissões antropogénicas dos seus percursores e pelo ciclo biológico das emissões biogénicas de COV.
Assim, e sendo a luz solar um dos fatores determinantes para a sua formação, não é de estranhar que a as maiores concentrações de ozono troposférico se verifiquem na época estival. Da mesma forma, apresenta maior concentração nas horas a meio do dia, concentração essa que diminui consideravelmente à noite. É igualmente de notar que estes níveis são mais elevados no sul da Europa do que nos países nórdicos.
Uma característica importante que distingue o ozono de outros poluentes é o facto de se apresentar em maiores quantidades na periferia das grandes cidades e nas zonas rurais do que no centro das zonas urbanas. Isto sucede porque a reação fotoquímica requer alguma distância para gerar O3 a partir dos seus precursores. Adicionalmente, o ozono recém-formado é rapidamente consumido na presença de níveis elevados de NO (sobre as cidades), ao reagir com este último para dar origem a NO2. Ou seja: por paradoxal que pareça, o trânsito que ajuda a formar ozono também ajuda a destruí-lo.
Por este motivo, as maiores concentrações de ozono troposférico verificam-se em zonas pouco poluídas, com pouco trânsito, onde o ozono trazido de zonas mais poluídas pelos ventos não encontra NO que o possa consumir.
O impacto do ozono troposférico
O ozono troposférico é o principal poluente fotoquímico. Altera a qualidade do ar, sendo tóxico para a saúde humana e, ao mesmo tempo, um gás com efeito de estufa que contribui para o aquecimento global.
Em primeiro lugar, o ozono troposférico é considerado um gás com efeito de estufa. Ou seja, contribui, juntamente com outros gases (CO2, N2O, CH4), para o aumento da temperatura do planeta. A sua presença na troposfera altera o equilíbrio entre a radiação solar que chega ao nosso planeta e a que o abandona, dado que retém parte da radiação infravermelha procedente da superfície, o que faz com que desempenhe um papel determinante no aquecimento global.
A sua presença é igualmente determinante para a formação do chamado smog fotoquímico, nome dado ao ar poluído, principalmente em zonas urbanas, por ozono derivado de reações fotoquímicas e pelos seus precursores (NOx e COVs). O resultado são os céus enevoados, de cor escura logo a baixa altitude, que por vezes cobrem as cidades. A sua presença é comum em períodos anticiclónicos, livres de vento e precipitação que ajudem a dispersar os poluentes.
O ozono tem igualmente efeitos negativos sobre a vegetação. Deteriora as folhas das árvores e demais plantas, e reduz o rendimento das culturas, ao interferir com a capacidade das espécies vegetais em produzi e armazenar nutrientes. Assim, torna as plantas mais suscetíveis a sofrer com pragas, outros poluentes e intempéries. Reduz ainda a capacidade fotossintética das plantas.
Por último, acelera a deterioração de uma quantidade relevante de materiais de uso comum, como o nylon, a borracha, plásticos e metais.
O único aspeto positivo do ozono troposférico reside no seu contributo na hora de eliminar outros poluentes emitidos pela atividade humana, como é o caso do metano, do monóxido de carbono e dos óxidos de azoto.
Em suma, os efeitos positivos do ozono estratosférico são claramente inferiores aos seus efeitos negativos.
Quais são os seus efeitos sobre a nossa saúde?
O ozono contribui para a degradação da qualidade do ar que respiramos. Trata-se de um problema em parte de caráter local, mas também de magnitude global, uma vez que, como tivemos oportunidade de ver antes, os poluentes seus percursores podem atravessar longas distâncias.
Trata-se de um poderoso oxidante que, em concentrações elevadas, pode ter efeitos indesejáveis sobre a saúde humana, afetando principalmente o sistema respiratório e cardiovascular.
- Irritação do sistema respiratório. Pode manifestar-se sob a forma de tosse e irritação da garganta e mucosas, assim como de prurido ocular.
- Redução da função pulmonar. Torna mais difícil respirar profundamente, especialmente em caso de exercício físico ou trabalho pesado.
- Pode agravar a asma e outras doenças pulmonares crónicas, reduzindo a capacidade do sistema imunitário de proteger o sistema respiratório.
- Está associado ao aumento da mortalidade diária e por acidente cardiovascular.
Os efeitos desta substância sobre a nossa saúde dependem da concentração em que se encontra presente no ar respirado, do tempo de exposição, da vulnerabilidade de cada pessoa e do grau da atividade física realizada.
Considerando a variação dos níveis de ozono ao longo do dia por efeito do trânsito e da radiação solar, é importante saber que a qualidade do ar costuma ser melhor às primeiras horas da manhã.
Existem certos grupos de pessoas potencialmente mais sensíveis aos efeitos do ozono: idosos, crianças com menos de 6 anos e pessoas que já sofram de doenças respiratórias ou cardiovasculares. Também justificam precauções especiais as grávidas, doentes oncológicos e, em geral, pessoas imunodeprimidas.
É ainda necessário ter presente que o ozono é passível de reagir com outros componentes orgânicos (alguns aldeídos e outros ácidos orgânicos) na troposfera, dando assim origem a outros poluentes que, apesar do seu tempo de vida breve, são extremamente irritantes e prejudiciais para a saúde.
Por último, partilhamos um conjunto de medidas simples, mas eficazes para reduzir a poluição por ozono:
- Redução do trânsito rodoviário,
- Poupança de energia,
- Utilização de veículos menos poluentes, dos transportes públicos e de fontes de energia limpas.
Concentrações de ozono e legislação
Em Espanha, o valor objetivo de O3 para a proteção da saúde humana é de 120 µg/m3 de concentração média máxima diária por período de 8 horas, não deve ser excedido em mais de 25 dias por ano civil, calculados em média em relação a 3 anos.
Estão igualmente previstos limiares de informação (média horária de 180 µg/m3) e de alerta (média horária de 240 µg/m3).
Não obstante, desde 2005 que a Organização Mundial de Saúde (OMS) recomenda que a concentração de O3 seja mantida abaixo dos 100 µg/m3.