A Estratosfera é meteorologicamente tranqüila, clara e ensolarada e possui cerca de 90% do Ozônio atmosférico
Possui movimentos de ar em sentido horizontal
Fica situada entre 7 e 17 até 50 km de altitude
Pequena concentração de vapor d'água
Na sua parte inferior, flui uma corrente de ar em jato, conhecida como jet stream, que exerce influência na meteorologia das zonas temperadas
É na Estratosfera que encontra-se a ozonosfera, onde ozônio absorve a radiação ultravioleta do Sol devido a reações fotoquímicas, filtrando-as.
O ozônio é o mais importante constituinte da Estratosfera pois as reações químicas associadas a seu ciclo absorvem radiação UV, reduzindo os níveis de radiação na troposfera
Na troposfera o ozônio é altamente nocivo e com grande poder de oxidação
Dobson (cientista britânico) desenvolveu um “spectrofotômetro” para medir a camada de ozônio, o qual é utilizado ainda atualmente. Em reconhecimento a sua contribuição a unidade de medida da camada de ozônio é a unidade Dobson (DU)
Sidney Chapman (cientista britânico) propôs, em 1930, que o ozônio é continuamente produzido através da fotólise de O2 na alta estratosfera (ciclo de Chapman)
Posteriormente, foi constatado que o ciclo de Chapman não é capaz de descrever certas observações na estratosfera;
Então, reações químicas adicionais que consomem ozônio, foram propostas:
Paul Crutzen, em 1970, elucidou o papel dos óxidos de nitrogênio, observando a perda de ozônio como um efeito catalítico do NOx emitido de uma frota de foguetes supersônicos;
Depois, Mario Molina e F. S. Rowland, estudaram o efeito do Cl, através dos CFC’s, sobre o ozônio estratosférico (Prêmio Nobel de Química, 1995);
Em 1985, um grupo de pesquisadores liderados pelo ciêntista Farman descobriu um buraco na camada de ozônio da Antártica;
Consideráveis diminuições anuais de ozônio durante a primavera Antártica têm sido bem documentadas desde 1985 (Jones e Shanklin, 1995);
A formação do Ozônio ocorre na Estratosfera a uma altitude média de 30 km onde os radiação solar ultravioleta tem tamanho de onda menor que 242 nm
O2 + h=> O + O (1)
O átomo de O reage rapidamente com O2 na presença de uma terceira molécula M (O2 ou N2), para formar o Ozônio
O + O2 + M => O3 + M (2)
Na presença de radiação na faixa de 240 a 320 nm temos
O3 + h=> O2 + O (3)
E também podemos ter a seguinte reação
O3 + O => O2 + O2 (4)
Tempo característico numa reação é dado pela concentração da substância, dividido pela taxa da reação.
No topo da Estratosfera, onde a pressão e [M] são menores, t ~ 100 s. E na Baixa Estratosfera, onde [M] e pressão são maiores, o t é menor.
Aumento da altitude -> aumento da radiação -> mais O2 + h? ? O + O -> aumento do O atômico -> mais O + O2 + M ? O3 + M ->
Altos níveis de hv, geram grandes de taxas de reação para:
O2 + hv => O + O (1)
O3 + hv => O2 + O (3)
Porém, baixas taxas para O + O2 => O3 (2) devido à baixa densidade
Aumento de densidade combinado com a abundância de Oxigênio atômico (reação 1) aumenta a taxa da reação 2. A densidade maior também aumenta a absorção de radiação reduzindo a reação 3.
A densidade maior aumenta a absorção de radiação, reduzindo ainda mais as reações 1 e 3, diminuindo a abundância de Oxigênio atômico e , conseqüentemente, reduzindo significativamente a reação 2
A razão de produção de O3 é dada pela razão da produção de O em (1) e a razão da remoção de O3 em (4).
Como a maioria do [Ox] é formado por O3 (99%), o mecanismo de Chapam diz que a concentração do Ozônio Estratosférico é proporcional a raiz quadrada da fotólise do O2.
Nas regiões superiores da atmosfera, o oxigênio atômico prevalece e os níveis de radiação UV são elevados.
Nas camadas mais baixas da estratosfera, o ar é mais denso, a absorção de UV é maior e os níveis de ozônio são mais elevados;
Pela noite as reações (1) e (3) cessam , mas as reações (2) e (4) persistem .
Assim a concentração do átomo de O é maior pelo dia do que pela noite.
E a concentração de [O3] é maior pela noite do que pelo dia.
Até 1964, o mecanismo de Chapman era a principal explicação da formação e destruição de Ozônio da Estratosfera
Mas, foi observado que a destruição de ozônio pela reação (4) era muito lenta e não condizia com a realidade
No começo da década de 50 foi proposto por Bates e Nicolet, que haveria uma substância em grande quantidade na Estratosfera que atuaria como um catalisador na destruição de Ozônio
Mas só no início da década de 70, que um trabalho pioneiro de Crutzen e Johnston revelou o papel dos Óxidos de Nitrogênio na Estratosfera.
Os subseqüentes trabalhos de Stolarski e Cicerone (1974), Molina e Rowland (1974), e Rowland e Molina (1975) elucidou o efeito do compostos que contém cloro na Estratosfera.
O primeiro ciclo catalítico é o que envolve o Hidrogênio contendo radicais:
H, OH e HO2, denotados por HOx.
Em 1974, Molina e Rowland descobriram que os Clorofluorcarbonos (CFC’s) persistem na atmosfera até atingirem a estratosfera, onde são fotolizados pelos raios UV de tamanho entre 185 e 210 nm
CFCl3 + h? ? CFCl2 + Cl
CF2Cl2 + h? ? CF2Cl + Cl
O cloro é altamente reativo com o Ozônio, e estabelece um ciclo rápido de destruição do O3.
Os ciclo do HOx, do NOx e do ClOx que tem o papel de destruir O3 podem ser interrompidos quando OH, NO2, Cl e ClO estão participando de outras reações.
Exemplos de reações que interrompem os ciclos
OH + NO2 + M ? HNO3 + M
Cl + CH4 ? HCl + Ch2
ClO + NO2 + M ? ClONO2 + M
O ciclo do ClOx pode destruir 100000 moléculas de O3 antes de ser removido.
Em 1985, um time de cientistas liderados pelo britânico J. Farman chocou a comunidade científica com a descoberta de um maciço decrescimento anual do ozônio estratosférico sobre a antártica na primavera polar.
O O3 presente na antártica é proveniente dos trópicos. A antártica é deficiente em O2. Os ares frios do inverno antártico criam uma circulação ocidental de ar, que gera um núcleo de ar gelado, chamado de vortéx, que sustenta o ozônio na antártica por muitos meses. Com o retorno do sol em setembro, na primavera, a temperatura sobe fazendo com que a radiação solar ultravioleta quebre as moléculas de ozônio;
Quando a primavera da Antártica vai chegando ao fim existe a tendência de retorno da concentração normal de ozônio;
Assim toda primavera na Antártica, podemos ter em sua Estratosfera, um maior ou menor buraco na camada de ozônio.
A Estratosfera é muito seca e geralmente sem nuvens;
A longa noite polar produz temperaturas de até -90°C nas alturas de 15 a 20 Km, frio suficiente para condensar vapor de água na forma de nuvens polares estratosféricas;
As baixas temperaturas da Estratosfera prevalecem mais na Antártica, onde o vortéx é mais estável do que no Ártico.
Fonte: www.inf.ufes.br