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PROPOSTA DE CAPACITAÇÃO

DESCENTRALIZADA

PROJETO BEM-ESTAREscola de Artes, Ciências e

HumanidadesSão Paulo, 3 de setembro de 2009

Tema 1 - Poluição e saúdeProfessoras responsáveis: Helene Mariko Ueno e Rita Yuri Ynoue

Ementa:- principais grupos de poluentes do ar, do solo e da água;- evolução: origem (fontes naturais e antropogênicas), processos de dispersão e transporte e eventuais sumidouros; - implicações destas formas de poluição sobre a saúde humana;- principais desafios a serem enfrentados do ponto de vista ambiental e da saúde humana.

Tema 1 - Poluição e saúdeProfessoras responsáveis: Helene Mariko Ueno e Rita Yuri Ynoue

(ritaynoue@usp.br) Ementa:- principais grupos de poluentes do ar;- evolução: origem (fontes naturais e antropogênicas), processos de dispersão e transporte e eventuais sumidouros; - implicações destas formas de poluição sobre a saúde humana;- principais desafios a serem enfrentados do ponto de vista ambiental e da saúde humana.

Programação

• Evolução da atmosfera e de sua composição

• Poluição urbana: a Região Metropolitana de São Paulo

• Poluição regional: smog fotoquímico, deposição ácida e ilhas de calor

• Poluição global: Camada de ozônio e mudanças climáticas

Elementos até o Ferro (Fe) são formados nas estrelas

http://herschel.jpl.nasa.gov/chemicalOrigins.shtml

Elementos mais pesados que o Fe são formados apenas com a explosão de supernovas

http://herschel.jpl.nasa.gov/chemicalOrigins.shtml

Elementos mais abundantes no Universo

http://www.seafriends.org.nz/oceano/abund.htm

FORMAÇÃO DO SISTEMA SOLAR

Elementos mais abundantes do Sol

http://zebu.uoregon.edu/internet/l2.html

FORMAÇÃO DA TERRA

Elementos mais abundantes na crosta da Terra

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/Hbase/geophys/mincomp.html#c3

Composição Atmosférica de Vênus, Terra e Marte

A atmosfera primitiva• Produzida pela emissão de gases de atividade vulcânica.

• Os gases emitidos por três vulcões hoje são mostrados na tabela abaixo (%):

• Além disso também eram emitidos N2 e H2

• Kasting questiona emissões de NH3 (amônia) e CH4(metano)

• Nota-se que não há emissão de O2 (oxigênio livre)http://www.globalchange.umich.edu/globalchange1/current/lectures/first_billion_years/first_billion_ye

ars.html

Composição das águas

• Águas doces: HCO3-, Ca++, K+, Mg++

• Oceanos: Cl-, Na+

Empobrecimento de CO2 na atmosfera

CO2 + CaSiO3 →→→→ SiO3 + CaCO3

Dióxido decarbono

Silicato decálcio

(tipo de rocha )

Quartzo(areia)

Carbonato decálcio

(mármore )

CHUVA

Fotossíntese• A maior produção de oxigênio se deu pelo processo

de fotossíntese:

6CO2 + 6H2O <--> C6H12O6 + 6O2

Onde o dióxido de carbono e água, na presença de luz, produzem matéria orgânica e oxigênio.

• Inicialmente, este processo foi realizado pelas cianobactérias (microorganismos que têm estrutura celular que corresponde a célula de uma bactéria. São fotossintetizadoras, apresentando fotossistemas, mas sem estar organizados em cloroplastos, como as plantas).

• → fotossíntese → grande consumo de CO2 daatmosfera e liberação de O2 em quantidade(primeiro lixo da biosfera)

Acumulação de oxigênio produzido

Evolução da Composição da atmosfera terrestre

CO2 N2 (78%) N2 O2 (20%)

H2O CO2 caráter ácido

e redutor caráter

oxidante

Elementos mais abundantes na crosta, oceano e plantas

http://www.seafriends.org.nz/oceano/abund.htm

Quais os elementos presentes na atmosfera?

• Nitrogênio

• Oxigênio

• Carbono

• Hidrogênio

• Enxofre

• Gases Nobres: He, Ne, Ar

Composição média da Atmosfera

N2O 310

H2

CO

500

100

30

ppb

CO2

CH4 (1.8)

ppm

380

Ne

18He (5)

HCHO 300

Etano

SO2

NOx

500

200100

ppt

NH3 400

CH3OOH 700

H2O2 500

HNO3 300

outrosH2O

Argonio

20%

78%

1%

Oxigênio

Nitrogênio

Ozônio

E quais os principais elementos dos seres vivos?

CICLOS BIOGEOQUÍMICOS (CICLAGEM DE NUTRIENTES)Nutrientes = elementos essenciais aos seres vivos

Fertilizantes: N, P, S, K

Ciclo da água

Ciclo do Carbono

Ciclo do Nitrogênio

O ciclo do Enxofre

• Homo erectus...

Evolução do impacto ambiental ao longo dos anos

Época Consumo deenergia diário per

capita (kcals)

Principais fontes Uso Impacto ambiental

1.000.000 AC 2.000 Alimentos; forçahumana

Vida diária Mínimo

100.000 AC 4-5.000 Alimentos; fogo;ferramentassimples

Aquecimento;cozimento dealimentos; caça

Local e pequeno;principalmentedestruição davegetação eredução dapopulação deanimais

5.000 AC 12.000 Animais;agricultura

Transportes;agricultura;construção

Local e grande;principalmente emcentros deagricultura (Egito,Mesopotâmia);vegetação nativacede lugar aculturas; ambienteaquáticomodificado; inícioda degradação dossolos

1.400 DC 26.000 Vento, água,carvão, moinhos,roda d’água

Operaçõesmecânicas; bombasde água;serralherias;moagem de grãos;transporte

Local, grande epermanente;vegetação naturalremovida; poluiçãourbana

1.800 DC 50.000 Carvão, máquinas avapor

Operaçõesmecânicas;processosindustriais;transporte

Local, regional egrande; começamasmaiores mudançasna paisagem;poluição do ar e daágua comuns emáreas industriais

1.980 DC 300.000 Combustíveisfósseis, energianuclear, combustãointerna emmáquinas,eletricidade

Operaçõesmecânias; processosindustriais;transporte;desenvolvimentosocial e cultural

Local; regional eglobal; permanentee talvezirreversíveisdeteriorações do ar,solo e água emescala global;chuva ácida; efeitoestufa; buraco deozônio; aumento daturbidezatmosférica

Combustão

•Idealmente

Combustível + ar —> CO2 + H2O + calor

•Realidade

Combustível + ar —> CO2 + H2O + calor +

NOx + SO2 + CO + Partículas +

+ combustível não queimado (hidrocarbonetos)

+ COVs (compostos orgânicos voláteis)

Interferência das atividades humanas sobre os ciclos

biogeoquímicos

O que é poluição?

• Difícil de se definir uma vez que váriospoluentes, em baixas concentrações sãonutrientes essenciais para o desenvolvimento de ecossistemas.

Definição de poluente atmosférico

• Poluente: qualquer substância presente no ar e que pela sua concentração possa torná-lo impróprio, nocivo ou ofensivo à saúde, inconveniente ao bem-estar público, danoso aos materiais, à fauna e à flora ou prejudicial àsegurança, ao uso e gozo da propriedade e às atividades normais da comunidade.

• Existe poluição do ar quando a presença de uma substância estranha ou a variação significativa na proporção dos seus constituintes é suscetível de provocar doenças

Aspectos Gerais

• A maior parte dos compostos consideradospoluentes atmosféricos tem origem tanto natural quanto antropogênica.

• A poluição atmosférica não é um fenômenorecente: na época medieval, a queima de carvão era proibida em Londres, enquanto o Parlamento estava em sessão.

• A intensidade dos problemas de poluição do ar, no entanto teve um aumento dramático devidoao aumento de emissões desde a RevoluçãoIndustrial

Poluição local

• Problemas de poluição do ar noticiados no século XIX e início do século XX erambasicamente locais, concentrados aoredor de centros industriais ou grandescidades.

O episódio de poluição atmosférica em

Londres, 1952: relação entre concentração de fumaça e óbitos

Smog sulfuroso

Episódio de poluição atmosférica em Londres, 1962: confirmado a presença de

aerossóis contendo sais de sulfato e ácido

sulfúrico

Smog de Los Angeles

• No final da década de 1940, um novo fenômeno de poluição do ar começou a ser observado na área de Los Angeles, EUA.

• Diferentemente do smog de Londres, o ar ambiente continha poluentes extremamente oxidantes e os eventos ocorriam em dias quentes com muita incidência de radiação solar.

smog = smoke + fog

(poeira + neblina)

Queima de carvão (Revolução industrial) –

smog sulfuroso ou londrino

Queima de combustíveis fosseis (veículos) –

smog fotoquímico ou de Los-Angeles

Poluição urbana

luz solar

óxidos de nitrogênio e compostos orgânicos voláteis

smogfotoquímico(castanho)

smogindustrial(cinzento)

Fog ou ar úmido

SO2 e MP originados da queima de carvão

a) smog industrial, ou smog cinza, ocorre quando carvão é queimado e a atmosfera está úmida (ex. Londres);

b) smog fotoquímico, ou fumaça castanha, ocorre em presença de luz solar agindo sobre poluentes veiculares (ex. Los Angeles e São Paulo).

a b

Smog na Cidade do México, devido localização geográfica e

tráfego veicular.

Donora, Pensilvânia - em outubro de 1944 foi cenário de um grande

desastre de poluição de ar.

Smog fotoquímico em São Paulo (~1990).

O gás de cor castanha, NO2, é formado quando o NO,

que é um gás incolor, reage com o oxigênio do ar.

(P.W. Atkins, “Atoms, Electrons, and Change”, 1991)

Smog fotoquímico

Processos e reações em atmosfera urbana poluída.

HO. Radical hidroxila

SO2

HNO3

H2SO4H2O

NO2

H2SO4

Poluentes primáriosNO NO2 SO2COVs Partículas

SMOG FOTOQUÍMICOO3 ozônio

O oxigênio atômico

CO2NO

HO2.

CO, O2

hνννν

HO2.

H2O2 peróxido de hidrogênio

SO3

H2O

SO2, O2

hνννν

NO2

O2

Poluentes secundáriosO3, H2O2

HNO3H2O2

Ácidos carboxílicosÍons solúveis

Poluição regional

• Efeitos da poluição atmosférica foramdetectados em escalas regionais (>500 km), continentais e globais apenas a partir dasegunda metade do século XX.

• Na década de 1960, efeitos regionais a continentais da deposição ácida (chuva ácida) começaram a ser observados.

• Começaram a ser reportandos tambémepisódios de smog fotoquímico em grandescidades dos EUA, como Los Angeles, e daEuropa.

Deposição ácida

• A observação da deposição ácida, mais comumente conhecida como “chuva ácida” também tem um longo histórico.

• Na Inglaterra e Suécia, a presença de compostos de enxofre e ácidos no ar e chuva já eram conhecidos no século XVIII.

• Robert Angus Smith analisou a chuva perto da cidade de Manchester e identificou 3 áreas:

• ‘‘that with carbonate of ammonia in the fields at a distance, that with sulfate of ammonia in the suburbsand that with sulphuric acid or acid sulphate, in thetown.’’

• Em seu livro: Air and Rain: The Beginnings of a ChemicalClimatology (1872), Smith cunhou o termo “chuva ácida”e descreveu vários dos fatores envolvidos como queima de carvão e quantidade e freqüência da precipitação.

Precursores da Deposição Ácida

• Poluição atmosférica industrial, especialmente produtos da combustão– dióxido de enxofre (SO2)

– óxidos de nitrogênio (NOx)

• Transporte atmosférico– Os impactos podem ocorrer distantes das

fontes de emissão

pH Natural da Chuva

• A chuva naturalmente tem um pH de 5.6 devido ao CO2

• A acidez da chuva é importante paraprocessos como o intemperismo de rochas

Fatores de Emissão de UsinasTérmicas

Carvão Óleo Gás NaturalPartículas 1,28 g/MJ 0,07 g/MJ 0,00042 g/MJ

1,45 g/MJ 0,91 g/MJ 0,00025 g/MJ

0,43 g/MJ 0,19 g/MJ 0,22977 g/MJCO 0,01 g/MJ 0,01 g/MJ 0,01671 g/MJ

SO2

NOx

Efeitos da deposição ácida: materiais e florestas

Efeitos da deposição ácida

1908 1969

Deterioração de mármore - Herten, Alemanha.

Poluição global

• O efeito em dimensões globais, tais como a destruição da camada de ozônio, começou a ser estudado no período de 1985 – 1995, quandose revelou que a destruição da camada de ozônio levava a uma maior incidência de raiosUV.

• A partir da década de 1990, estudos de poluiçãodo ar tendo como foco o aumento de substâncias que alteram o balanço radiativo daTerra e suas conseqüências climáticascomeçaram a receber maior atenção.

Efeitos dos poluentes atmosféricospara escalas espaciais diferentes

<http://www.eoearth.org/article/Impacts_of_air_pollution_on_local_to_global_scale>

Poluentes atmosféricos:

O3 (ozônio) SO2 (dióxido de enxofre)

CO (monóxido de carbono) MP (material particulado)

NOx (NO + NO2, óxidos de nitrogênio)

URBANIZAÇÃO e INDUSTRIALIZAÇÃO

Crescimento das Mega-cidades

Século XX

Ar limpo X Ar contaminado

100-50020-80O3

50-2500,1-0,5NO2

50-7500,01 – 0,05NO

1000-10.000120CO

20-2001 – 10SO2

AR CONTAMINADO

AR LIMPO

CONCENTRAÇÃO (ppb)POLUENTE

Região Metropolitana de São Paulo

Poluição atmosférica em

centros urbanos

Localização das

estações da rede

automática

CETESB, 2006

Parâmetros Monitorados naRede Automática da Cetesb

Relatório de Qualidade do Ar no Estado de São Paulo 2005 - Cetesb

Índice de Qualidade do Ar

Emissões Relativas de Poluentes porTipo de Fontes - 2006

Relatório de Qualidade do Ar no Estado de São Paulo 2006 - Cetesb

Tempo de Residência

“O tempo de residência nos diz em média quanto tempo uma móleculapermanecerá na atmosfera antes de ser removida”.

Cálculos de tempo de residência podem ser utilizados para se estimar a distância da fonte que uma espécie percorrerá antes de ser removida da atmosfera.

Tempos de residênciaTempo de residênciaComposto

~10 anosCH4

~200 anosCO2

Alguns dias a algumas semanas

MP

~1 a 3 mesesCO

~1 diaNOx

~120 anosN2O

~ 2 diasSO2

Tempo de mistura

• Tempo necessário para se obter uma mistura homogênea de uma espécie num certo volume de ar

• Tempo de mistura vertical na troposfera: tempo necessário para que se obter uma mistura homogênea de uma espécie entre a superfície e a tropopausa (~1 semana)

• Tempo de mistura horizontal na troposfera: tempo necessário para se obter uma mistura homogênea de uma espécie em toda a troposfera ao redor do globo terrestre (~1 ano)

Os fatores que determinam o nível da poluição do ar podemser divididos em três segmentos:

(1) emissão de poluentes para a atmosfera;

(2) transporte, diluição e modificação química ou física dos poluentes na atmosfera;

(3) Remoção dos poluentes

PROCESSO DE POLUIPROCESSO DE POLUIÇÇÃO ATMOSFÃO ATMOSF ÉÉRICARICA

Escalas de Movimento

Os fenômenosmeteorológicos que

atuam no processo de dispersão o fazemobedecendo a uma

seqüência de escalas de movimento em função da

dinâmica da atmosfera

Escala Sinótica

Mesoescala

Microescala

Meteorologia – Transporte

Escalas de Movimento

A essa escala estão associados osmovimentos do ar resultantes dacirculação geral da atmosfera,

interagindo com as massas de ar, isto é, os sistemas frontais, os

anticiclones (altas pressões) e as baixas pressões na troposfera, tendoextensão horizontal que varia entre

100 a 3.000 km.

Os efeitos dessa escala sobre a poluiçãopodem ser classificados de duasformas: a condição favorável à

dispersão (baixas pressões, frentes) e a condição desfavorável à

dispersão (altas pressõesestacionárias no inverno e as

inversões térmicas que inibem a dispersão vertical, reduzindo a

velocidade do vento e aumentandoas horas de calmaria)

Escala Sinótica

Escalas de Movimento

São os movimentos que incluem as brisasmarítima e terrestre, circulação dentrode vales e os fenômenos do efeito de ilhas de calor.

Os fenômenos dessa escala que influenciam a qualidade do ar local são variaçõesdiurnas da estabilidade atmosférica e a topografia regional. A extensãohorizontal dessa escala é da ordem de 100 km e na vertical é de dezenas de metros até 1 km acima do solo.

Os fenômenos que ocorrem dentro dessacamada tem importância fundamental nos processos de transporte e dispersãosobre as emissões das fontes poluidoras.

Os principais parâmetros meteorológicos queatuam nesse processo são as inversõestérmicas de baixa altitude, a variaçãodiária da altura da mistura e a taxa de ventilação horizontal dentro dessacamada.

Mesoescala

Incluem os movimentos resultantes dos efeitosaerodinâmicos das edificações das cidadese dos parques industriais, rugosidade das superfícies e a cobertura vegetal de diversos tipos de solo.

Esses movimentos são responsáveis pelotransporte e difusão dos poluentes em um raio horizontal inferior a 10 km e entre 100 e 500 metros na vertical acima do solo.

Nesses casos, a turbulência atmosférica, geradapor diversos pequenos obstáculos, éimportante na verdadeira trajetória das plumas emitidas pelas fontes industriais, uma vez que a direção e a velocidade do vento são totalmente dominadas pelascaracterísticas topográficas e regionais emtorno da fonte.

Microescala

Escalas de Movimento

Tempo de Residência

Escala Espacial

1 m1 s

10 s

10 m 100 m 1 km 10 km 100 km 1000 km 10.000 km

1 h

1 dia

1 ano

10 anos

100 anosE

scal

a Te

mpo

ral

MicroescalaEscala Urbana

ou LocalRegional ouMesoescala

Sinótica ouEscala Global

Espécies de vida curta

Espécies de vida moderadamente

longa

Espécies de vida longa CFCs

N O2

CH4

CH CCl3 3

CH Br3

CO

AerosóisO Trop.3

H O2 2

DMS

SO2

C H5 8

C H3 6

NOX

CH O3 2

HO2

NO3

OH

Tempo de mistura inter-hemisférico

Tempo de mistura intra-hemisférico

Tempo de mistura de camada limite

Bibliografia

• Kasting, 1993: “Earth’s early atmosphere”, Science, 12 fevereiro 1993.

• Suguio e Suzuki, 2003: A evolucão geológica da Terra e a fragilidade da vida.

• http://www.globalchange.umich.edu/globalchange1/current/lectures/first_billion_years/first_billion_years.html

• http://www.globalchange.umich.edu/globalchange1/current/lectures/samson/evolution_atm/index.html#evolution

• CETESB: Relatório da Qualidade do Ar

Bibliografia

• C. Baird. “Química Ambiental”, 2a.ed., Bookman, Porto Alegre, 2002.

• J.C. Rocha, A.H. Rosa, A.A. Cardoso, “Introdução à Química Ambiental”, Bookman, Porto Alegre, 2004.

• Brasseur, G.P., Orlando, J.J., Tyndall, G.S., Atmospheric Chemistry and Global Change, Oxford University Press, New York, 1999.

• J.H. Seinfeld e S. N. Pandis, "Atmospheric Chemistry and Physics: from air pollution to climate change", John Wiley & Sons, New York, 1998.

• http://www.abema.org.br/ (Associação Brasileira de Entidades Estaduais de Meio Ambiente)

• http://www.cetesb.sp.gov.br/

• http://www.epa.gov/air/

Bibliografia

• Rezende, 2003: A importância da compreensão dos ciclos biogeoquímicos para o desenvolvimento sustentável.

• Murgel Branco e Murgel, 2001: Poluição do Ar.

Para saber mais:

• http://www.ambiente.sp.gov.br/prozonesp/Actiozon/0z0100.htm• http://www.eoearth.org/article/Stratospheric_Ozone_Depletion_by_C

hlorofluorocarbons_(Nobel_Lecture)• http://satelite.cptec.inpe.br/uv/