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El ozono de la atmósfera media también se está agotando

El ozono de la atmósfera media, que se encuentra entre 50 y 80 kilómetros de altura, se está agotando por la presión de los electrones atrapados en la magnetosfera, los mismos que causan las auroras polares.

El mismo fenómeno que causa las auroras polares está provocando el agotamiento del ozono presente en la mesosfera terrestre, contribuyendo así a su disminución en la atmósfera media, ha confirmado una investigación desarrollada en la Universidad de Nagoya en Japón.

El ozono es una molécula formada por tres átomos de oxígeno. Funciona de manera muy similar a un protector solar: bloquea los dañinos rayos ultravioleta (UV) del sol.

El ozono es uno de los componentes naturales de la atmósfera,  aunque en una cantidad total muy pequeña: si todo el ozono que rodea la Tierra se encontrara en condiciones normales de temperatura y presión, tendría aproximadamente 3 mm de espesor, según el Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales.

El ozono es un componente particularmente importante en la atmósfera superior. Formado principalmente por encima de los 25 km mediante procesos fotoquímicos, sin embargo, se transporta a la estratosfera inferior (y la troposfera) mediante procesos de mezcla.

La tercera capa de la atmósfera de la Tierra, después de la troposfera y estratosfera, es la mesosfera, especialmente conocida porque en ella se desintegran los meteoritos, provocando estrellas fugaces.

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Ozono mesosférico

La mesosfera o atmósfera media se extiende entre los 50 y 80 km de altura y contiene solo el 0.1 % de la masa total del aire. Es la zona más fría de la atmósfera, pudiendo alcanzar los -80 °C.

En la mesosfera, la concentración de ozono disminuye respecto a otras capas de la atmósfera. Eso significa que hay menos absorción de luz ultravioleta entre los 50 y 80 kilómetros de altura.

El porcentaje de oxígeno, nitrógeno y dióxido de carbono en el aire de la mesosfera es esencialmente el mismo que el de los niveles de la atmósfera terrestre, inmediatamente por encima de la superficie del planeta.

Las principales diferencias son que la densidad del aire es mucho menor, que hay muy poco vapor de agua y que la mesosfera contiene porcentajes más altos de ozono que los niveles más bajos.

La mesosfera es importante por la ionización y las reacciones químicas que ocurren en ella. La baja densidad del aire determina la formación de turbulencias y ondas atmosféricas que actúan a escalas espaciales y temporales muy grandes.

Auroras polares

Por encima de ella, a niveles de termosfera y exosfera, el aire está tan enrarecido que la densidad es muy baja. Son los lugares en donde se producen las auroras polares.

Ocurren por la incidencia en la atmósfera de la magnetosfera terrestre, la capa de nuestro planeta en la que el campo magnético desvía la mayor parte del viento solar, formando un escudo protector contra las partículas cargadas de alta energía procedentes del Sol.

La magnetosfera terrestre, al igual que la atmósfera, nunca está en descanso. De sus muchos aspectos dinámicos, quizá el más importante y básico es el llamado «subtormenta magnética», un período de una duración de una hora más o menos, durante el que rápidamente se libera la energía de la cola magnética, explica la NASA.

Sobre la Tierra, el signo más visible de una subtormenta es un gran incremento de auroras polares en la zona de auroras de medianoche, seguidas por movimientos violentos de distintos arcos aurorales que se rompen repentinamente, y la posterior aparición de parches aurorales pulsantes y difusos al amanecer.

Auroras pulsantes

Esos parches son las así llamadas auroras pulsantes, porque se iluminan de forma intermitente. Tienen una extensión de entre decenas a cientos de kilómetros de diámetro, y aparecen a altitudes de unos 100 kilómetros en las regiones de latitudes altas de ambos hemisferios. A menudo, múltiples auroras pulsantes cubren todo el cielo.

Esta pulsación auroral, con períodos de varios a decenas de segundos, es generada por la precipitación intermitente de electrones energéticos que llegan de la magnetosfera y chocan con los átomos y moléculas de la atmósfera superior.

Estudios previos han demostrado que esta precipitación intermitente de electrones  es responsable del agotamiento de la capa de ozono en la mesosfera, que podría estar ocurriendo específicamente durante las auroras.

Y aunque los científicos han estudiado la precipitación de electrones en relación con las auroras, ninguno había podido dilucidar suficientemente hasta ahora cómo las auroras causan el agotamiento del ozono mesosférico.

Nueva investigación

Una nueva investigación desarrollada por el profesor Yoshizumi Miyoshi, de la citada universidad, ha descubierto cómo el mismo proceso que genera las pulsaciones aurorales provoca también el agotamiento del ozono mesosférico.

El proceso ocurre por los electrones atrapados en la magnetosfera de la Tierra, que tienen un amplio rango de energía, así como por la presencia en esta región de la atmósfera de ondas de coro, un tipo de onda de plasma electromagnética, tal como sugirió una investigación publicada en 2018.

La nueva investigación, publicada en Scientifc Reports, comprobó que los electrones atrapados en la magnetosfera, dotados de un amplio rango de energía, se precipitan para causar los pulsos aurorales.

Estos electrones transportan suficiente energía para penetrar nuestra atmósfera a menos de 100 km, hasta una altitud de unos 60 km, donde se encuentra el ozono mesosférico, y provocan también su agotamiento al golpearlo.

Ese agotamiento se produce a través de precipitaciones de esos electrones de alta energía, desencadenados por las erupciones solares, ha confirmado esta investigación.

Ozono atmosférico

Esta investigación arroja nueva luz sobre los niveles de ozono, que cambian como parte de los ciclos naturales de la Tierra: han regulado el equilibrio del ozono, tanto en la superficie como en la estratosfera, durante la vida de la Tierra.

Sin embargo, en la década de 1970, los científicos descubrieron que los humanos estaban contribuyendo a la destrucción del ozono mediante productos químicos que contenían clorofluorocarbonos (CFC).

La subisguiente prohibición del uso de CFC ha conseguido restablecer el equilibrio de ozono en la atmósfera de la Tierra, pero el problema de fondo persiste todavía.

Cada vez menos

Actualmente, la pérdida de ozono es mayor que la producción de ozono. El área más crítica que se observa con una disminución del ozono es la Antártida.

La cantidad de ozono en la atmósfera sigue disminuyendo. Y ahora sabemos con certeza que los electrones  procedentes del campo magnético (desencadenantes de  las hermosas auroras polares), están implicados también en este proceso.

El profesor Miyoshi explica al respecto en un comunicado: se necesitan más estudios estadísticos para confirmar cuánta destrucción de ozono ocurre en la atmósfera media debido a la precipitación de electrones. Después de todo, el impacto de este fenómeno en el clima podría potencialmente impactar la vida moderna, concluye.

Referencia

Penetration of MeV electrons into the mesosphere accompanying pulsating aurorae. Y. Miyoshi, et al. Scientific Reports volume 11, Article number: 13724 (2021). DOI:https://doi.org/10.1038/s41598-021-92611-3

Foto superior: en el geoespacio, el satélite Arase observa ondas de coro y electrones energéticos,  mientras EISCAT y los instrumentos ópticos observan auroras pulsantes y precipitación de electrones en la mesosfera. (Crédito de la imagen: el equipo científico de ERG).

Eduardo Martínez de la Fe

Eduardo Martínez de la Fe

Eduardo Martínez de la Fe, periodista científico, es el Editor de Tendencias21.

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