UNIVERSIDADE FEDERAL DO ESPRITO SANTO PROGRAMA DE PSGRADUAO

UNIVERSIDADE FEDERAL DO ESPÍRITO SANTO PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA AMBIENTAL Monitoramento da Qualidade do Ar Composição da Atmosfera, Ciclos Globais e Tempo de Vida Otávio Luiz Gusso Maioli Gilsiane Nogueira do Nascimento Profo Dr. Neyval Costa Reis Junior

Sumário • Composição da atmosfera • Ciclos globais • Tempo de residência de compostos na atmosfera • Compostos contendo enxofre • Compostos contendo nitrogênio • Compostos contendo carbono • Compostos contendo halogênio • Ozônio

Distribuição da Atmosfera

Distribuição de Temperatura pela Atmosfera Lora (2002)

Distribuição de Temperatura pela Atmosfera Troposfera: Camada de ar junto à terra. Possui altura de 15 Km sobre o equador. Nessa camada a temperatura diminui com a altura a uma velocidade de 6, 5°C/Km. O ar mantém-se bem misturado devido à convecção vertical. Estratosfera: Vai desde a tropopausa até uma altura de 50 Km. A temperatura do ar pode ser constante, logo aumenta com a altura. No limite superior da estratosfera a temperatura do ar é de aproximadamente 270 K. Mesosfera: Vai desde os 50 Km de altura até 85 Km. A temperatura do ar diminui com a altura até atingir 175 K, sendo este o ponto mais frio da atmosfera. Termosfera: É a camada superior da atmosfera. Aqui a densidade molecular é de 10 -3 moleculas/cm 3. Em termos de comparação, no nível do mar este parâmetro tem um valor médio de 2, 5 x 109 moléculas/cm 3

Distribuição da Atmosfera de acordo com a movimentação do ar

Atmosfera Lora (2002)

Composição da Atmosfera • N 2 78, 09% • O 2 20, 94% • Ar 0, 93% • CO 2 0, 0315% • Ne 0. 0018% • He 0. 00052% • CH 4 0. 00012% • Kr 0, 00010% • NOx 0, 00005% • H 2 0. 00005% • Xe 0. 000008% • Vapores Orgânicos 0. 000002% Composição do ar limpo em volume

Ar limpo X Ar contaminado POLUENTE CONCENTRAÇÃO (ppb) AR LIMPO AR CONTAMINADO SO 2 1 – 10 20 -200 CO 120 1000 -10. 000 NO 0, 01 – 0, 05 50 -750 NO 2 0, 1 -0, 5 50 -250 O 3 20 -80 100 -500

Ciclos Globais – Ciclo do Carbono Ciclo do carbono

Ciclos Globais – Ciclo do Nitrogênio Lora (2002)

Ciclos Globais – Ciclo do Enxofre Lora (2002)

Tempo de Residência / “Conservação de massa” “O tempo de residência nos diz em média quanto tempo uma mólecula permanecerá na atmosfera antes de ser removida”. Balanço de massa Taxa de entrada da espécie Taxa de - Taxa de saída da espécie + introdução ou emissão da espécie - Taxa de remoção da espécie = Taxa de acumulação da espécie em um volume imaginário

Tempo de Residência / “Conservação de massa” semana

Tempo de Residência Para composto radioativo Para compostos com mais de dois processos de deposição :

Tempo de Residência Para compostos reativos OH + A → Produtos k= constante de velocidade da reação

Tempo de Residência Tratamento considerando tipos de fontes e sumidouros Pin = emissões naturais Pia = emissões antropogênicas Pic = reações químicas } Rid = deposição seca Riw = deposição úmida Ric = reações químicas Rit = transporte para a estratosfera Pi } Ri

Tempo de Residência

Tempo de Residência

Compostos atmosféricos 1 - Compostos contendo enxofre 2 - Compostos contendo nitrogênio 3 - Compostos contendo carbono 4 - Compostos contendo halogênio 5 - Ozônio

Compostos contendo Enxofre • COS • CS 2 • (CH 3)2 S, CH 3 SH, (CH 3)2 S 2 (compostos reduzidos de enxofre) • H 2 S • SO 2 • SO 3 • SO 42 -

Compostos contendo Enxofre

Compostos contendo Enxofre

Compostos contendo Enxofre - Fontes • Naturais Degradação biológica Emissões vulcânicas Oceanos • Antropogênicas Queima de combustíveis fósseis Oxidação de minerais sulfurosos, para obtenção de Cu, Pb e Zn Processos de refino de petróleo Indústria de celulose Estações de tratamento de esgoto

Compostos contendo Enxofre - Efeitos

Compostos contendo Nitrogênio • NO 2 } NOx • N 2 O 3 , N 2 O 4 , NO 3 , N 2 O 5 • PAN (CH 3 COOONO 2) • NH 3 • Sais de NO 3 - , NO 2 - , NH 4+ } NOy

Compostos contendo Nitrogênio - Fontes • Naturais Relâmpagos Atividade microbiana no solo Oxidação da amônia (para compostos de N em estado de oxidação elevado) Processos fotolíticos ou biológicos nos oceanos • Antropogênicas Queima de combustíveis fósseis e de biomassa Processos químicos industriais Estações de tratamento de esgoto

Compostos contendo Nitrogênio - Efeitos • São os precursores dos oxidantes fotoquímicos, como ozônio e PAN’s (Peroxiacetilnitratos). • Causam decremento da capacidade pulmonar, tosse, desconforto no peito, aumento do número e ataques de asma, dores de cabeça e irritação nos olhos. • Causa injúrias cronicas nos vegetais. • Como todo oxidante causa aceleração na deterioração de materiais, principalmente borracha, texteis e corantes. • O NO e o NO 2 participam, juntamente com o ozônio troposférico, do ciclo fotoquímico básico dos óxidos de nitrogênio e ozônio. Este ciclo fotoquímico causa o aumento da concentração de ozônio (O 3) troposférico em cerca de 100 a 200 vezes em relação ao ar não poluído. O O 3 troposférico causa graves problemas respiratórios, destrói a flora e materiais duráveis. • Além dos danos à saúde o NOx é ainda responsável pela chuva ácida e smog fotoquímico.

Compostos contendo Carbono - CO 2 - Hidrocarbonetos - Aldeídos - Cetonas - Solventes clorados - Substâncias refrigerantes. . . } COVs

Compostos contendo Carbono - COVs

COVs e concentrações

Compostos contendo Carbono - Fontes • Naturais Florestas Pastagens • Antropogênicas Veículos Indústria de petróleo Solventes Produção de gás natural Carvão (Centrais termoelétricas e indústria)

Fontes e Dissipadores de CO

Fontes e dissipadores de metano (CH 4)

Compostos emitidos pela vegetação

Fontes (emissões vulcânicas, queimadas e queima de carvão) STERN (1984)

Compostos contendo Carbono - Efeitos

Compostos contendo Halogênios • Halocarbonos • Clorofluorcarbonos (CFCs) • Hidroclorofluorcarbonos (HCFCs) • Hidrofluorcarbonos (HFCs) • Perhalocarbonos • Halons

Característica dos Compostos contendo Halogênios • Em geral, se referem a compostos orgânicos • Possuem propriedades refrigerantes, propelentes e solventes • São compostos altamente estáveis • Em 1995, cerca de 85% de suas fontes eram antropogênicas • Destroem a camada de ozônio (especialmente CFCs)

Compostos contendo Halogênios

Ozônio Dr. Paul Crutzen, em 1970, Instituto Max Planck, mostrou que os óxidos de nitrogênio têm um papel importante no controle do equilíbrio natural do ozônio. Dr. Mario Molina, MIT, publicou em 1974 com Dr. Sherwood Rowland um artigo muito comentado em Nature sobre a ameaça dos clorofluorcarbonos (CFCs) à Camada de Ozônio. Dr. Sherwood Rowland, Professor Emérito, Departamento de Química, Universidade da Califórnia, Irvine, cujo artigo com Dr. Mario Molina detonou intensa pesquisa sobre o ozônio.

Compostos contendo Halogênios - Efeitos

Ozônio na atmosfera

Ozônio X NOx

Ozônio X Compostos de nitrogênio X HC

Ozônio X Compostos de nitrogênio

Efeitos dos poluentes na saúde humana

Ozônio - Efeitos Euglena gracilis são organismos verdes flagelados têm forma de fuso e nadam na sua forma alongada. Abaixo: após a irradiação de UV as células giram e se dobram e então se tornam redondas, sem poder nadar. Melanona maligno do dedo do Pé campanha australiana contra o câncer.

Ozônio - Efeitos Taxas de incidência de câncer de pele sem melanoma entre pessoas brancas na idade de 40 anos. A probabilidade de desenvolvimento de câncer aumenta com a exposição ao sol e com a tonalidade mais clara da pele.

Poluentes Primários e secundários na atmosfera

Principais fontes de poluentes atmosféricos

Referências Bibliográficas SEINFELD J. H. e PANDIS S. N. (1998), Atmospheric Chemistry and Physics – From Air Pollution to Climate Change, Wiley Interscience, USA. LORA, E. E, Prevenção e controle da poluição nos setores energético, industrial e de transporte – 2ª ed. - Rio de Janeiro, Interciência, 2002. STERN, A. ; BOUBEL, R. ; TURNER, D. ; FOX, D. , Fundamentals of Air Pollution – Academic Press, 1984. FILAYSON-PITTS, B. J. ; PITTS, J. N. Chemistry of the upper and lower atmosphere – Academic Press, 2000.