thumb|right|200px|Imagem do maior buraco na camada de ozono da Antártida jamais registrado (Setembro de 2006)
A Rarefação da Camada de Ozono[pt] ou Rarefação da camada de ozônio[br] refere-se ao lento e constante declínio de aproximadamente 4 porcento por década no volume total de ozono na estratosfera da Terra (a camada de ozono) desde o final da década de 1970, e um muito maior, mas sazonal, declínio na camada estratosférica de ozono sobre as regiões polares da Terra durante o mesmo período. Este segundo fenómeno é comumente referido como o buraco da camada de ozono. Além deste conhecida destruição do ozono estratosférico, há também eventos de esgotamento do ozono troposférico, que ocorrem perto da superfície em regiões polares durante a primavera.
A principal causa da destruição da camada de ozono é a fabricação de produtos químicos, especialmente os halocarbonetos refrigerantes, solventes, propulsantes e agentes espumadores( clorofluorocarbonetos (CFCs), HCFCs, haloalcanos ). Estes compostos são transportados para a estratosfera através da mistura turbulenta (após serem emitidos da superfície), misturando muito mais rapidamente do que as moléculas podem assentar. Uma vez na estratosfera, eles libertam átomos de halogénio por meio de fotodissociação, que catalisa a decomposição do ozono (O3) em oxigénio (O2).
O esgotamento da camada de ozono têm gerado preocupação mundial com o aumento dos riscos de cancro e outros efeitos negativos. A camada de ozono impede que os comprimentos de onda UVC (mais nocivos da luz ultravioleta) atravessem a atmosfera da Terra. Esses comprimentos de onda causam cancro da pele, queimaduras solares e cataratas, que aumentaram drasticamente como resultado da rarefação da ozonosfera (além de prejudicar plantas e animais). Essas preocupações levaram à adoção do Protocolo de Montreal em 1987, que proíbe a produção de CFCs, haloalcanos e outros produtos químicos que destroem a camada de ozono.
A proibição entrou em vigor em 1989. Os níveis de ozono estabilizaram-se em meados dos anos 90 e começaram a melhorar nos anos 2000. A recuperação está projetada para continuar no próximo século, e o "buraco" na camada de ozono deverá atingir os níveis anteriores a 1980 por volta de 2075. O Protocolo de Montreal é considerado o acordo ambiental internacional mais bem-sucedido até hoje.
Observações sobre a depleção da camada de ozônio O buraco no ozônio é geralmente medido pela redução no total de ozônio da coluna acima de um ponto na superfície da Terra. Isso normalmente é expresso em unidades Dobson; abreviado como "DU". A diminuição mais proeminente do ozônio ocorreu na estratosfera inferior. Diminuições acentuadas no ozônio da coluna na primavera antártica e no início do verão em comparação ao início da década de 1970 e antes foram observadas usando instrumentos como o espectrômetro de mapeamento total do ozônio (TOMS).
De acordo com a NASA e a NOAA, o buraco anual de ozônio - que consiste em uma área de ozônio fortemente empobrecido, alta na estratosfera acima da Antártica, entre 11 e 40 quilômetros acima da superfície - atingiu sua extensão máxima de 6,3 milhões de milhas quadradas em 8 de setembro de 2019 e depois encolheu para menos de 3,9 milhões de milhas quadradas durante o restante de setembro e outubro. Durante anos com condições climáticas normais, o buraco no ozônio normalmente cresce no máximo cerca de 13 milhões de quilômetros quadrados.
Efeito e distribuição do ozônio atmosférico ligação=https://pt.wikipedia.org/wiki/Ficheiro:Atmospheric_ozone.svg?lang=de|lang=de|miniaturadaimagem|Perfil de concentração de ozônio na atmosferaMichael D. King (Hrsg.): The State of Science in the EOS Program (PDF; 6,6 MB) auf eospso.nasa.gov, abgerufen am 1. März 2024. miniaturadaimagem|Efeito do ozônio nas camadas da atmosfera O ozônio é um componente natural da atmosfera, sendo um gás em baixa concentração que desempenha diferentes funções nas várias camadas atmosféricas. A altura da coluna de ozônio, que representa sua concentração total, é em média de cerca de 350 unidades Dobson, o que equivale a aproximadamente 0,035 metros sob condições padrão. Para comparação, a altura da coluna de toda a atmosfera é cerca de 8.031 metros sob as mesmas condições, enquanto a coluna de argônio, um gás nobre, mede 74 metros, e a de dióxido de carbono, 2,5 metros. Esses números evidenciam quão reduzida é a quantidade de ozônio na atmosfera e a grande sensibilidade da camada de ozônio associada a essa baixa concentração.Martin Kappas: Klimatologie. Spektrum, Heidelberg, 2009, ISBN 978-3-8274-1827-2, S. 71–73.
Na atmosfera exposta ao sol, o ozônio entre aproximadamente 35 e 70 quilômetros de altitude tem uma vida útil inferior a um dia, uma escala de tempo muito menor do que os processos de transporte atmosférico nessa região. Nessa altitude, a química do ozônio é dominada por processos fotoquímicos em vez de transporte atmosférico. Conforme a radiação solar atravessa a atmosfera, sua intensidade diminui, resultando em menos energia disponível para reações fotoquímicas em altitudes mais baixas. Dessa forma, a vida útil do ozônio abaixo de cerca de 25 quilômetros se estende de meses a anos, e tanto os processos fotoquímicos quanto os de transporte passam a influenciar o equilíbrio de ozônio na baixa estratosfera.Guy P. Brasseur, Susan Solomon: Aeronomy of the Middle Atmosphere Chemistry and Physics of the Stratosphere and Mesosphere. Springer, Dordrecht, 2005, ISBN 978-1-4020-3284-4, S. 443–444.
Cerca de 10% de todo o ozônio atmosférico está localizado na troposfera e 90% na estratosfera, onde se encontra a maior parte da camada de ozônio, entre 15 e 30 quilômetros de altitude.Stefan Brönnimann: Ozon in der Atmosphäre. Haupt, Bern, Stuttgart, Wien, 2002, ISBN 3-258-06437-7, S. 23. Perto da superfície, o ozônio é prejudicial para a saúde humana e para ecossistemas terrestres; na troposfera livre, aumenta a capacidade de oxidação e a decomposição de poluentes; na alta troposfera, contribui para o efeito estufa; e, na estratosfera, absorve a radiação UV. Além de partículas finas, o ozônio próximo ao solo é considerado um poluente atmosférico significativo, responsável por cerca de 700 mil mortes anuais no mundo. O ozônio causa irritação nas membranas mucosas e nos olhos; sua inalação provoca irritação do tecido pulmonar, aumentando a tosse e diminuindo a capacidade física.Bodennahes Ozon und Sommersmog. Informationsbroschüre des bayerischen Landesamts für Umwelt, (PDF-Datei) auf lfu.bayern.de, abgerufen am 2. März 2024.
Em plantas, o ozônio gera espécies reativas de oxigênio, como o peróxido de hidrogênio, o que reduz a fotossíntese e o crescimento vegetativo. Devido aos impactos prejudiciais do ozônio próximo ao solo sobre o crescimento das plantas, ocorrem perdas econômicas globais, estimadas em 2012 entre 14 e 26 bilhões de dólares. Na Alemanha, o limite de longo prazo para o ozônio ao nível do solo é de no máximo 120 microgramas por metro cúbico, calculado pela média das medições em estações selecionadas. Entre 2000 e 2023, esse valor foi excedido em média 19 dias por ano.
Na troposfera livre, o ozônio reage com a água para formar radicais hidroxila, que interagem com diversos gases orgânicos em baixa concentração, óxidos de nitrogênio e monóxido de carbono, ajudando a degradar poluentes na troposfera. O ozônio troposférico é um dos gases de efeito estufa relevantes, junto ao vapor d’água, dióxido de carbono, metano, clorofluorcarbonetos (CFCs) e óxido nitroso (N₂O). Ele absorve radiação infravermelha em comprimentos de onda entre 9.000 e 10.000 nanômetros, uma faixa espectral onde poucos outros gases absorvem, próximo ao pico de emissão da Terra.
O ozônio estratosférico absorve a maior parte da radiação UV-B, aquecendo a estratosfera e protegendo a superfície terrestre. Na troposfera, as temperaturas caem para menos de -50 °C na tropopausa, enquanto a absorção da radiação UV na estratosfera eleva a temperatura para até 0 °C em altitudes de 50 quilômetros.
História
Primeiros trabalhos miniaturadaimagem|Christian Friedrich Schönbein (1857) miniaturadaimagem|Carlos Fabry miniaturadaimagem|Sydney Chapman Em 1839, o químico germano-suíço Christian Friedrich Schönbein anunciou ter descoberto uma nova substância, que chamou de "ozônio", derivando o nome da palavra grega ( ), que significa "a coisa cheirosa". Ao realizar experimentos de eletrólise da água, ele percebeu um odor característico, indicando a presença de um novo composto, que se tratava de uma forma alotrópica de oxigênio. Schönbein sugeriu que o ozônio poderia ter um papel importante na atmosfera como desinfetante contra doenças epidêmicas e incentivou a realização de medições precisas de ozônio no ar.Paul J. Crutzen: Tropospheric Ozone: An Overview. In: I. S. A. Isaksen (Hrsg.): Tropospheric Ozone. NATO ASI Series, Bd. 227. Springer, Dordrecht. ISBN 978-94-009-2913-5, S. 3–4. Para isso, ele criou um "ozonômetro" feito de papel de amido iodado, mas os dados obtidos eram pouco confiáveis devido à interferência de fatores climáticos, como velocidade do vento e umidade.Paul J. Crutzen: Tropospheric Ozone: An Overview. In: I. S. A. Isaksen (Hrsg.): Tropospheric Ozone. NATO ASI Series, Bd. 227. Springer, Dordrecht. ISBN 978-94-009-2913-5, S. 3–4.
Outro avanço no estudo do ozônio atmosférico ocorreu em 1878, quando o físico francês Alfred Cornu descobriu que o espectro solar que chegava à Terra tinha uma interrupção abaixo de 300 nanômetros. Em 1881, o químico irlandês Walter Noel Hartley, com base em estudos espectroscópicos, propôs que essa absorção era causada pelo ozônio, levando ao reconhecimento da chamada "banda de Hartley" na faixa de comprimento de onda entre 200 e 300 nanômetros. As medições de Hartley concluíram que o ozônio era um componente natural da atmosfera terrestre.
As propriedades espectroscópicas do ozônio, descobertas por Hartley, abriram caminho para que se medisse a quantidade total de ozônio na atmosfera. Em 1920, os físicos franceses Charles Fabry e Henri Buisson construíram um espectrógrafo e mediram a espessura da camada de ozônio sobre Marselha, calculando que ela teria cerca de 3 milímetros em condições padrão. Eles também sugeriram que o ozônio era produzido pela radiação ultravioleta solar, formando uma camada a aproximadamente 50 km de altitude.
Um avanço significativo na medição do ozônio foi feito por Gordon Dobson, que desenvolveu espectrofotômetros específicos para esse propósito, permitindo medições regulares da quantidade total de ozônio ao longo do tempo. A unidade "Dobson" foi criada em sua homenagem para medir a espessura da camada de ozônio.
O geofísico Paul Götz e outros demonstraram que a concentração de ozônio na baixa atmosfera era baixa, com medições que indicavam espessuras de apenas alguns centésimos de milímetro por quilômetro.Reiner Grundmann: Transnationale Umweltpolitik zum Schutz der Ozonschicht. USA und Deutschland im Vergleich. Campus, Frankfurt, Main, New York, 1999, ISBN 3-593-36222-8, S. 149. Em 1926, no Observatório de Arosa, fundado por Götz, foram iniciadas as mais longas medições contínuas de ozônio atmosférico. As medições de Götz ajudaram a identificar que a concentração máxima de ozônio está a altitudes de 20 a 22 quilômetros.
Em 1930, o geofísico britânico Sydney Chapman propôs uma teoria fotoquímica para a formação e destruição do ozônio na estratosfera, conhecida como ciclo ozônio-oxigênio ou ciclo de Chapman. Esse modelo explicava a produção e degradação do ozônio por meio de reações entre moléculas de oxigênio, átomos de oxigênio, luz UV e outras partículas neutras, descrevendo a distribuição do ozônio na estratosfera.S. A. Abbasi, Tasneem Abbasi: Ozone Hole. Past, Present, Future. Springer Nature, New York, 2017, ISBN 978-1-4939-6708-7, S. 20–24.
Desenvolvimento de clorofluorcarbonos