O buraco na camada de ozono da Antártida foi descoberto em 1985, quando cientistas observaram uma grave redução na camada protetora de ozono estratosférico da Terra. Os clorofluorcarbonos (CFCs), substâncias químicas industriais então amplamente utilizadas como refrigerantes, propelentes, agentes de expansão de espuma e solventes, foram a causa principal da destruição da camada de ozono. Após um esforço global concertado para eliminar gradualmente o uso de CFCs, o ozono está hoje a recuperar, especialmente na Antártida. 

A descoberta do buraco na camada de ozono foi possível, em parte, graças às ferramentas de medição disponíveis na época. Os avanços nessas ferramentas, juntamente com satélites e outras tecnologias de monitorização, permitiram aos cientistas acompanhar a recuperação do ozono. 

Mas e se a tecnologia atual estivesse disponível muito antes? Os cientistas teriam sido capazes de detectar sinais ainda mais precoces da destruição da camada de ozono causada pela ação humana? E, em caso afirmativo, quando e onde esses primeiros sinais teriam surgido? 

Cientistas do MIT agora têm algumas respostas. A equipe, liderada pela química atmosférica Susan Solomon, realizou um experimento mental no qual consideraram um mundo hipotético onde as capacidades de monitoramento atmosférico atuais estivessem disponíveis durante todo o século passado. Nesse cenário, eles simularam a química da atmosfera ao longo da história e descobriram não apenas quando o primeiro sinal de depleção da camada de ozônio teria sido detectável, mas também onde e por quê. 

Em um estudo publicado hoje nos Anais da Academia Nacional de Ciências (Proceedings of the National Academy of Sciences) , os cientistas sugerem que os primeiros sinais de depleção da camada de ozônio surgiram já em 1957 — cerca de 30 anos antes da descoberta do buraco na camada de ozônio. E esse primeiro sinal de perda de ozônio não apareceu na Antártida, mas na alta estratosfera dos trópicos. Além disso, a causa dessa depleção inicial não foi atribuída aos CFCs, mas a outro produto químico industrial: o tetracloreto de carbono. 

“O que aprendemos nos livros didáticos é que os CFCs causam a destruição da camada de ozônio”, diz o primeiro autor do estudo, Jian Guan, estudante de pós-graduação no Departamento de Ciências da Terra, Atmosféricas e Planetárias (EAPS) do MIT. “Acontece que havia outro composto que causava a destruição da camada de ozônio muito antes dos CFCs. Isso foi uma grande surpresa.”

Para Solomon, um dos pioneiros no estudo dos efeitos do ozono na atmosfera e o primeiro a demonstrar que os CFCs eram o principal agente causador da erosão do ozono antártico, os novos resultados foram um choque completo. 

“O fato de a depleção da camada de ozônio ter ocorrido já no final da década de 1950, muito antes do que eu imaginava, simplesmente me deixou perplexo”, diz Solomon, professor de Estudos Ambientais e Química da cátedra Lee e Geraldine Martin no MIT. “Este estudo mostra a importância de continuarmos monitorando para que possamos compreender plenamente como a atmosfera reage e se recupera.”

Os coautores do estudo, do MIT, incluem Peidong Wang, Yaowei Li e Kane Stone; juntamente com Benjamin Santer, da Universidade de East Anglia; Qiang Fu, da Universidade de Washington; Rolando Garcia, Douglas Kinnison e Jun Zhang, do Centro Nacional de Pesquisa Atmosférica; Jean-Francois Lamarque, da Climate Modeling and Analysis LLC; e Gabriel Chiodo, do Conselho Nacional de Pesquisa da Espanha. 

O ozono é uma molécula altamente reativa, composta por três átomos de oxigénio, que existe naturalmente nas camadas superiores da atmosfera. Na estratosfera, o ozono atua como um escudo, absorvendo os raios solares e reduzindo a radiação ultravioleta prejudicial que pode atingir a superfície da Terra. 

No final da década de 1980, após os cientistas observarem os primeiros sinais de redução da camada de ozônio na Antártida, Solomon liderou expedições à região para medir a composição da estratosfera. Essas medições confirmaram que o agente de destruição do ozônio eram os CFCs — substâncias químicas utilizadas globalmente em refrigeração, ar condicionado e propelentes de aerossóis, entre outras aplicações. 

Especificamente, Solomon mediu níveis de dióxido de cloro mais altos do que o esperado na estratosfera antártica. A presença dessa molécula, no mesmo local onde a depleção de ozônio foi observada, tinha apenas uma explicação química: o ozônio estava sendo decomposto por átomos de cloro isolados. Na época, os CFCs, ricos em cloro, eram amplamente utilizados, e o químico do MIT, Mario Molina, propôs que, se os CFCs chegassem à estratosfera, os fótons do sol poderiam quebrar as moléculas e liberar átomos de cloro, que então ficariam livres para decompor os átomos de oxigênio do ozônio. 

O trabalho de Molina e as medições de Solomon foram fundamentais para demonstrar que os CFCs podiam destruir a camada de ozono — uma descoberta que valeu a Molina uma parte do Prémio Nobel da Química de 1995. Pouco depois, quase todos os países do mundo assinaram o Protocolo de Montreal, que acabou por levar à eliminação gradual e bem-sucedida dos CFCs e de outras substâncias que destroem a camada de ozono. Nos últimos anos, como resultado dessa cooperação global, os cientistas têm observado os primeiros sinais de recuperação da camada de ozono.

“Sabemos o que temos agora, e a camada de ozônio está começando a se recuperar”, diz Solomon. “Mas ninguém jamais documentou realmente onde, quando e por que ocorreu a primeira destruição da camada de ozônio.”

Para o novo estudo, Solomon, Guan e seus colegas adotaram uma abordagem hipotética, questionando: E se o passado tivesse as capacidades de monitoramento do presente? Quando teríamos sido capazes de detectar o primeiro sinal de depleção da camada de ozônio causada pela ação humana? 

As ferramentas de monitoramento atuais são sensíveis a uma determinada relação sinal-ruído, o que significa que podem identificar padrões de perda de ozônio que são mais provavelmente um "sinal" de depleção induzida pelo homem (como a causada por CFCs), em vez de perda de ozônio que se deve a "ruído", como flutuações aleatórias provenientes do clima e de fenômenos naturais. 

Com isso em mente, a equipe procurou reproduzir a composição química da atmosfera ao longo do último século para verificar se seria possível identificar um sinal em meio ao ruído, considerando a sensibilidade das ferramentas de monitoramento atuais. 

A equipe utilizou 16 simulações de modelos diferentes, cada uma simulando condições e dinâmicas atmosféricas variáveis ??em diferentes latitudes e altitudes, bem como as concentrações e interações do ozônio e de outras moléculas. O ozônio é afetado não apenas por substâncias químicas produzidas pela atividade humana, mas também por fenômenos naturais como erupções vulcânicas e o fenômeno climático El Niño. Cada simulação de modelo reproduz a resposta do ozônio a esses fenômenos naturais, que a equipe combinou para estabelecer uma faixa de "ruído", ou seja, a depleção de ozônio que provavelmente se deve à variabilidade natural.

Eles adicionaram a cada modelo os diversos produtos químicos industriais que se sabia terem sido produzidos em diferentes épocas ao longo do último século. 

Os núcleos de gelo são cilindros perfurados de gelo profundamente enterrado, formados na Antártida e no Ártico pela queda e estratificação da neve ao longo de centenas de anos. Os núcleos de gelo contêm os remanescentes da neve, bem como quaisquer traços de substâncias químicas presentes na atmosfera pela qual a neve originalmente caiu. Os cientistas podem, portanto, usar os núcleos de gelo para estimar a composição da atmosfera ao longo da história. 

“Na verdade, observamos nos núcleos de gelo que o tetracloreto de carbono começa a aumentar já na década de 1940”, observa Solomon. 

A equipe incorporou dados industriais e de núcleos de gelo em seus modelos e, em seguida, analisou se um sinal de perda de ozônio induzida pelo homem se destacava do ruído das flutuações naturais. Sua análise revelou que um sinal de fato apareceu, já em 1957. Eles não apenas observaram quando o sinal apareceu, mas também onde: nos trópicos, e não na Antártida. 

Os pesquisadores afirmam que a perda de ozônio causada pela ação humana provavelmente ocorre globalmente, mas é mais fácil de detectar na estratosfera superior tropical, já que essa é a região onde a amplitude das flutuações naturais é menor e, portanto, onde o sinal se destaca melhor.

Por fim, a análise indicou que o tetracloreto de carbono, e não os CFCs, foi a causa da depleção inicial da camada de ozono. 

“Essa é a única substância que destrói a camada de ozônio que estava aumentando tão cedo”, diz Solomon. “Começamos a usar tetracloreto de carbono na década de 1930 como agente de limpeza a seco e como solvente desengordurante. Só começamos a usar CFCs bem mais tarde.”

O tetracloreto de carbono foi gradualmente eliminado do uso na maior parte do mundo, inicialmente devido a preocupações com a saúde; a substância química pode causar distúrbios no sistema nervoso com exposição prolongada e é considerada um possível carcinógeno. Desde que o Protocolo de Montreal começou a limitar rigorosamente seu uso na década de 1990, as concentrações da molécula na atmosfera têm diminuído. Ainda assim, Solomon afirma que o novo estudo destaca a necessidade de vigilância no monitoramento do tetracloreto de carbono, dos CFCs e de outras substâncias que destroem a camada de ozônio, que podem ter sido eliminadas, mas ainda podem permanecer na atmosfera por décadas.

“Fizemos um grande esforço para nos livrarmos desses produtos químicos”, diz Solomon. “Não temos a obrigação de continuar monitorando para garantir que a atmosfera responda da maneira que esperamos?”

Esta pesquisa foi financiada, em parte, pela Fundação Nacional de Ciência (National Science Foundation), pela Administração Nacional Oceânica e Atmosférica (National Oceanic and Atmospheric Administration) e pela Comissão Europeia.