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Como está a situação da Camada de Ozônio desde o Protocolo de Montreal?


- Artigo atualizado no dia 6 de setembro de 2019 -

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         Em 2018, um estudo da NASA, publicado no periódico Geophysical Reaserch Letters (Ref.1), pela primeira vez mostrou que os níveis de degradação do gás ozônio na estratosfera - relativo ao buraco na Camada de Ozônio - causadas principalmente pelos CFCs (clorofluorcabonos) estavam diminuindo, e isso devido à diminuição na quantidade dessas substâncias sendo jogadas na atmosfera. Subsequentes estudos também confirmaram o achado. Por outro lado, as baixas latitudes do planeta ainda continuam exibindo contínuos declínios, e as causas são relativamente desconhecidas. Afinal, o Protocolo de Montreal surtiu efeito positivo ou não? Os compostos banidos destroem ou não a camada de ozônio?

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   RECUPERAÇÃO DA CAMADA DE OZÔNIO

          É bem comum pessoas ligadas a grupos conspiratórios e negacionistas dizerem que o banimento dos CFCs foi algo puramente político e econômico, para supostamente serem alavancadas as vendas de novas tecnologias de refrigeração baseadas em outros gases de compressão por nações desenvolvidas - algo em paralelo ao que acontece hoje com a questão do Aquecimento Global (1), ou seja, achar que a Ciência está sendo usada apenas como desculpa para um suposto "plano maior", ganancioso e egoísta .

         Bem, no caso do ozônio, existe uma camada na estratosfera que possui grandes quantidades desse composto, e a qual é responsável por proteger a vida na Terra de perigosas faixas da radiação ultravioleta (o ozônio e o oxigênio molecular absorvem essa radiação em comprimentos de onda pertencentes às faixas bem energéticas) que podem causar sérios danos no corpo (2), fomentando cânceres de pele, catarata, supressão do sistema imune e danos generalizados nas plantas.


           Nesse sentido, os CFCs foram gases muito utilizados no passado - especificamente a partir de meados do século XX - como gás de compressão em refrigeradores. Porém, sua liberação na atmosfera por vazamentos ou descarte (industrial ou doméstico) é, de fato, extremamente prejudicial para a camada de ozônio, já que essas moléculas cloradas catalizam a destruição das moléculas de ozônio sob a ação dos raios UV, via reações radicalares. Outros gases halogenados (contendo bromo, por exemplo, onde existe a formação de radicais desse elemento) também são prejudiciais, apesar de serem produzidos em quantidades bem menores do que os CFCs pelas atividades humanas.


          Com o aumento da produção antropogênica desses compostos halogenados, desde a década de 1970 os cientistas começaram a observar uma redução em torno de 4% da quantidade total de ozônio na atmosfera da Terra, e uma drástica redução durante a primavera no ozônio estratosférico sobre a região da Antártica (o "buraco").

         Nesse sentido, após a descoberta do "buraco" na Camada de Ozônio - região extremamente rarefeita em gás ozônio - sobre a Antártica, em 1985, nações do mundo inteiro se reuniram e assinaram o Protocolo de Montreal em 1987, o qual passou a regular compostos que destroem a camada de ozônio. Emendas posteriores ao acordo baniram completamente os CFCs, com essa decisão entrando em vigor em 1989. Com esse banimento, os níveis atmosféricos de ozônio se estabilizaram em meados de 1990 e passaram a se recuperar no início da década de 2000.

          Para medir a eficácia do acordo via proibição total de uso dos CFCs, pesquisas nas últimas décadas vinham analisando estatisticamente as mudanças no buraco de ozônio no intuito de corroborar ou refutar que a depleção do gás estava diminuindo devido à diminuição dos CFCs. Porém, ver um claro sinal dessa redução é difícil, porque a formação desse buraco é controlada principalmente pela temperatura após o meio do mês de Setembro, a qual varia bastante de ano para ano. Nesse sentido, os pesquisadores resolveram mudar o foco para algo mais confiável: a composição química dentro do buraco de ozônio para confirmar não somente que a depleção de ozônio está diminuindo, mas que a diminuição está sendo causa pelo declínio de CFCs na atmosfera.

         Os resultados dessa nova estratégia analítica - conduzida por pesquisadores da NASA (Administração Nacional da Aeronáutica e Espaço dos EUA) - mostraram que o declínio nas emissões e presença de CFCs na estratosfera foi responsável por cerca de 20% menos degradação no buraco de ozônio em 2016 quando comparado com o ano de 2005.


    COMO FOI FEITO O ESTUDO DA NASA?

          O buraco na camada de ozônio sobre a Antártica se forma durante o mês de setembro no inverno do Hemisfério Sul à medida que os raios solares retornam para catalizar os ciclos destrutivos envolvendo radicais de cloro e bromo que vêm, principalmente, dos gases CFCs. Para determinar como o ozônio e outras substâncias têm mudado ano após ano, os cientistas usaram dados da MLS (Microwave Limb Sounder) a bordo do satélite Aura, o qual vem fazendo contínuas medições ao redor do globo desde o meio de 2004.



         Enquanto vários instrumentos de satélite requerem luz solar para medir traços atmosféricos de gases, o MLS mede as emissões específicas de microondas e, como resultado, pode medir os traços de gases sobre a Antártica durante um período chave do ano: o inverno escuro do sul, quando as condições atmosféricas da estratosfera estão estabilizadas, incluindo as baixas temperaturas.

         A mudança nos níveis de ozônio acima da Antártica do começo ao fim do inverno do sul - início de julho até o meio de setembro - foi computada diariamente pelos instrumentos da MLS todo ano de 2005 até 2016. Durante esse período, as temperaturas da região eram sempre muito baixas, culminando que a taxa de destruição do ozônio passa a depender principalmente sobre quanto cloro existe no buraco.

         Quando a destruição do ozônio está ocorrendo, o cloro é encontrado sob várias formas moleculares, e a maioria delas não podem ser medidas. Mas depois que o radical cloro destrói quase todo o ozônio disponível, ele passa a reagir com metano para formar o cloreto de hidrogênio (HCl) - o qual, em contato com água forma o famoso ácido clorídrico -, e o qual, por sua vez, pode ser medido pelo MLS. O conveniente é que ao redor de Outubro, todos os compostos clorados acabam sendo convertidos nesse composto inorgânico de cloro, e medindo os níveis desse último dá aos cientistas uma boa estimativa da quantidade do total de CFCs na região atmosférica de interesse.

           O óxido nitroso (N2O) é um gás de longa vida que se comporta exatamente como os CFCs em grande parte da estratosfera, e esse está aumentando de concentração ao longo dos anos no buraco de ozônio - devido às atividades humanas de agricultura (fertilizantes). Comparando os níveis quantitativos de ambos, os pesquisadores conseguiram determinar que os níveis totais de CFCs estão caindo em uma média de 0,8% anualmente, um valor que concorda com os modelos de simulação global.

   QUAIS AS PREVISÕES FUTURAS?

          Nesse ritmo, o buraco na camada de ozônio nas altas latitudes deve continuar se recuperando gradualmente à medida que os CFCs vão deixando a atmosfera, mas uma completa recuperação levará décadas. O tempo de permanência desses compostos na atmosfera é de 50 a 100 anos, e, portanto, boa parte dos CFCs lançados no passado irão persistir por um longo tempo ainda. Os cientistas esperam que o buraco na camada de ozônio desapareça entre 2060 e 2080. Mas, mesmo assim, ainda poderá restar um pequeno buraco.

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   SITUAÇÃO PREOCUPANTE NOS TRÓPICOS

           Por outro lado, se nos polos temos uma clara recuperação da camada de ozônio, em baixas latitudes a concentração de ozônio na estratosfera não está se recuperando, segundo um reporte recentemente publicado no periódico Atmospheric Chemistry and Physics (Ref.5), e a causa é ainda desconhecida. Enquanto que a parte superior da região estratosférica está se recuperando em todo o mundo, a parte inferior nas baixas latitudes está ainda em declínio. E a causa desse declínio específico provavelmente é antropogênica.

          De acordo com o reporte, entre as latitudes 60°N e 60°S, não existem evidências de que a camada de ozônio, no geral, esteja se recuperando, especialmente considerando inesperados declínios de ozônio na parte mais baixa da estratosfera. E isso é mais do que preocupante levando em conta que nas áreas tropicais a incidência de radiação UV é maior e mais pessoas vivem nessas áreas. Mesmo os declínios na concentração de ozônio sendo bem menores do que os vistos antes do Protocolo de Montreal, o potencial de danos nessa região é bem maior.


          O estudo foi realizado com a ajuda de novos algoritmos que permitiram as análises de dados de satélite coletados por diferentes times de pesquisa ao redor do mundo desde 1985. No geral, os pesquisadores encontraram que a concentração total de ozônio nas baixas latitudes se mantêm estável desde a década de 1990, mas isso devido apenas ao fato de que a produção de ozônio troposférico está compensando o declínio na parte inferior estratosférica, e porque a parte superior por todo o globo está em contínua recuperação desde o banimento dos CFCs.

         Apesar das causas do contínuo declínio no ozônio na parte inferior das baixas latitudes ainda serem incertas e não previstas por nenhum modelo atual de dinâmica atmosférica, os pesquisadores sugerem duas possibilidades. A primeira é que as mudanças climáticas estão alterando os padrões de circulação atmosférica, fazendo com que mais ozônio seja carregado para longe dos trópicos. A segunda possibilidade é que substâncias de vida muito curta (VSLSs, na sigla em inglês), as quais contêm cloro e bromo, podem estar destruindo ozônio na baixa estratosfera. VSLSs incluem substâncias usadas como solventes, componentes de tintas e agentes desengordurantes - aliás, uma delas é até mesmo usada para a produção de um substituinte 'ozônio-amigável' para os CFCs. Até pouco tempo atrás não parecia ser plausível que os VSLSs consiguissem sobreviver tempo suficiente na atmosfera - antes de ser degradado - de forma a sair da troposfera e alcançar a estratosfera, porém as concentrações atmosféricas desses compostos vêm crescendo muito nos últimos anos.

          Um estudo bem recente publicado na Nature Geoscience (Ref.8) identificou uma dessas ameaças: clorofórmio (CHCl3). Entre 2010 e 2015, as emissões e concentrações desse VSLS na atmosfera têm aumentado de forma significativa. De uma taxa constante de 270 quilotons/ano de clorofórmio entre 2000 e 2010, houve um pulo para 324 quilotons/ano em 2015, a partir de um crescente aumento desde 2010 (3,5%/ano). A fonte de quase todo esse aumento é o Leste Asiático, especialmente nas áreas industrializadas da China, e se as emissões continuaram no atual nível isso pode atrasar a recuperação da camada de ozônio sobre a Antártica em 4 a 8 anos.

          Devido ao fato do clorofórmio possuir uma vida mais curta na atmosfera do que os CFCs e ter um estimado no passado de 90% da sua origem de fontes naturais (atividade microbiana e, em menor parte, de erupções vulcânicas), esse composto acabou não sofrendo regulações do Protocolo de Montreal, assim como outros VSLSs, apesar dele causar substancial dano na camada de ozônio. Hoje, porém, é estimado que ~50% do clorofórmio atmosférico possua origem de fontes antropogênicas (produção de papel, cloração da água, síntese industrial de HCFC-22, etc.). O dicloro-metano (CH2Cl2) é outro caso similar, cujas concentrações na atmosfera vêm aumentando rápido e, segundo modelos de simulação, pode atrasar a recuperação da camada de ozônio em até 30 anos.

        Outra descoberta recente - e preocupante - publicada na Nature (Ref.6) pode também vir para explicar parte do misterioso declínio de ozônio na baixa estratosfera. Pesquisadores descobriram que o clorofluorometano (CFC-11), o segundo maior contribuidor para o declínio da concentração atmosférica de ozônio desde 1990, está sendo emitido em contínuo crescimento anual de 25% (~13 gigagramas/ano) desde 2012. Apesar de ter ocorrido um progressivo declínio na sua produção entre 2002 e 2012 - entrando em concordância com o acordo de Montreal que previa zerar globalmente sua produção até 2006 -, novas fontes ao redor do mundo parecem estar produzindo substanciais quantidades dessa molécula, já que o aumento nas emissões de CFC-11 não se mostram até o momento relacionados à produção no passado. Um estudo posterior, publicado na Nature (Ref.7), mostrou que as emissões anuais de CFC-11 aumentaram em quase 7,7 mil toneladas a partir do leste da China desde 2013.
         
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VULCÕES: Grandes erupções vulcânicas também causam significativo dano na camada de ozônio via mecanismos diversos, incluindo a injeção de aerossóis e de espécies halogenadas (primariamente CHCl3 e CH3Br) diretamente na estratosfera. Os aerossóis fornecem um local para reações químicas heterogêneas ocorrerem que ativam as espécies halogenadas. Para mais informações, acesse a Ref.9.

AQUECIMENTO GLOBAL: Com o excesso de efeito estufa, enquanto a baixa troposfera esquenta, a estratosfera têm sua temperatura diminuída (1), desacelerando a recuperação da camada de ozônio.
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   CONCLUSÃO

         É óbvio que o Protocolo de Montreal trouxe grandes impactos positivos que levaram a uma importante recuperação da camada de ozônio nos polos como um todo e a uma altíssima recuperação (>95%) nas camadas estratosféricas superiores por todo o globo (32-48 km de altitude). Porém, nas camadas estratosféricas inferiores nas latitudes tropicais (13-24 km de altitude), foi praticamente confirmado (87-99% de acuracidade) um contínuo declínio na concentração de ozônio desde 1998, o que explica a não detecção de significativa recuperação da camada de ozônio nas regiões entre as latitudes 60°N e 60°S durante o período que compreende os anos de 1998 até 2016.

          No balanço final, o banimento dos CFCs, ao contrário do que é disseminado pelas conspirações de plantão, ajudou em peso na proteção da camada de ozônio, mas é preciso investigações urgentes para se determinar o que pode estar causando os prejuízos na concentração de ozônio nas baixas latitudes, algo que pode potencialmente enfraquecer no futuro a vitória conquistada em Montreal. As atividades antropogênicas, novamente, são o principal suspeito. Nesse sentido, é urgente que a China assuma responsabilidade e cumpra sua parte no acordo de Montreal, buscando, no mínimo, diminuir drasticamente suas emissões de VSLSs e CFC-11.


(1) Artigo recomendado: Aquecimento Global: Uma Problemática Verdade

(2) Artigo complementar: Radiação UV, danos na pele e bronzeamento


REFERÊNCIAS CIENTÍFICAS
  1. http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/2017GL074830/abstract
  2. https://www.nasa.gov/feature/goddard/2018/nasa-study-first-direct-proof-of-ozone-hole-recovery-due-to-chemicals-ban
  3. https://www.esrl.noaa.gov/csd/assessments/ozone/2010/twentyquestions/Q9.pdf
  4. https://www.nas.nasa.gov/About/Education/Ozone/chemistry.html
  5. https://www.atmos-chem-phys.net/18/1379/2018/
  6. https://www.nature.com/articles/s41586-018-0106-2
  7. https://www.nature.com/articles/s41586-019-1193-4
  8. https://www.nature.com/articles/s41561-018-0278-2
  9. https://link.springer.com/article/10.1007%2Fs00376-019-8241-8