Divisão da atmosfera

Esquema de como se sobrepõe as camadas atmosféricas.

Evolução da Composição da atmosfera terrestre

CO2 N2 (78%)

N2 O2 (20%)

H2O CO2

caráter ácido e redutor

caráter oxidante

Composição química da Atmosfera

N2O 310

H2

CO

500

100

30

ppb

CO2

CH4 (1.8)

ppm

380

Ne

18 He (5)

HCHO

Etano

SO2

NOx

ppt

NH3

CH3COOH

H2O2

HNO3

300

500

200 100

400

700

500

300

outros H2O

Argonio

20%

78%

1%

O2

N2

O3

ppm = 10-6 ppb = 10-9 ppt = 10-12

Poluente Origem Monitoramento

Monóxido de

carbono

Combustão incompleta de materias

carbonatdos. Os veículos

automotores constituem a principal

fonte

Espectrofotometria de in fravermelho

não-dispersivo

Dióxido de carbono

Ocorre naturalmente, mas também é

produzido na combustão de

materiais carbonados para produção

de energia. Queimadas.

Espectrofotometria de in fravermelho

não-dispersivo

Óxidos de

nitrogênio

Produzido naturalmente pelos vulcões.

Queima de combustíveis fósseis.

Queimadas.

Método da quimioluminescência

Hidrocarbonetos Evaporação e queima de combustíveis

fósseis em veículos automotores e

na indústria

Método da ionização de chama

Principais poluentes

Poluente Origem Monitoramento

Dióxido de

enxofre

Produzido naturalmente pelos

vulcões. Queima de

combustíveis fósseis.

Processos industriais

Espectrofotometria de in

fravermelho não-dispersivo

Material

particulado

Indústrias, mineração, veículos,

queimadas e construção civil.

Espectrofotometria de in

fravermelho não-dispersivo

Conseqüências da poluição do ar

• Comprometimento em níveis locais,

regionais e até globais:

– Da saúde;

– Dos bens materiais;

– Dos recursos naturais.

Efeitos sobre os seres vivos e materiais

poluente consequências

Nox - óxidos de

nitrogênio

Afecções respiratórias e alterações sanguíneas; destroem a clorofila;

causam edemas pulmar; deterioram borracha, tecidos; favorecem ao

envelhecimento precoce; contribuem para o fenômeno.

MP - Material

particulado

Problemas estéticos; Suja com fuligem os prédios e a paisagem; produz

bruma e reduz a visibilidade; irrita mucosas e brônquios; carreia

poluentes tóxicos para os pulmões; reduz a produção de vitamina D

em recém-nascidos; causa danos às plantas, modificações no clima

terretres; distúrbios digestivos, anemia, nervosisvos, parasilia, câncer

nas vias respiratórias.

HC -

Hidrocarbonetos

Formam névoa escura e amarelada sobre as cidades; irritam olhos e

mucosas; alguns são cancerígenos

SOx - Óxidos de

enxofre

Irritam as vias respiratórias; destroem a clorofila; correm ferro, aço e

mármore; causam danos irreversíveis aos pulmões quando combinados

com partículas; provocam a acidez da chuva

Cox - Óxidos de

carbono

Níveis muito baixos – agrava o coração e compromete o funcionamento

normal do cérebro.

Níveis elevados – causa a morte por asfixia e é o principal responsável do

efeito estufa.

Fatores que afetam a poluição do ar

• Fatores meteorológicos

– Temperatura;

– Precipitações;

– Ventos;

• Condições topográficas

A Inversão Térmica

Inversão térmica

o As camadas de ar mais baixas são normalmente mais quentes, pois

absorvem calor irradiado pela superfície terrestre.

o O ar quente, por ser menos denso, sobe levando consigo os

poluentes.

Ao subir o ar torna-se frio e

denso e acaba descendo

novamente, criando uma corrente

de convecção.

Ar frio

Ar quente

o Nos meses de inverno, o solo torna-se mais frio, o que resfria a

camada de ar imediatamente acima (inversão térmica).

Conseqüências da inversão térmica

o Acúmulo de poluentes no ar das

cidades

o Doenças respiratórias

Bronquite

Asma

Enfisema pulmonar

Irritações nas mucosas

Efeitos globais da poluição do ar

• Efeito estufa;

• Chuva ácida;

• Camada de ozônio.

O Efeito de Estufa

Aumento do Efeito Estufa

o Da radiação solar que chega à Terra, parte é refletida pelas nuvens e

pela superfície terrestre, enquanto outra parte é absorvida.

o Dessa energia absorvida, grande parte é irradiada na forma de calor

(radiação infravermelha) mantendo a superfície terrestre aquecida.

o Vapor d’água, gás carbônico (CO2), metano (CH4), dióxido de

nitrogênio (NO2) são os principais responsáveis pela absorção de

calor.

o Esse fenômeno que ocorre naturalmente é conhecido como Efeito

Estufa.

15 Marcos Vinicius Marinho Folha Ciência – 25/09/03

CO2 fará acidez do oceano bater recordes

Chuva Ácida

CHUVA ÁCIDA - Nitrogênio

No motor de automóveis em qualquer outro motor de

explosão ocorre a entrada de ar (78% de N2 e 21% de

O2). Em alta temperatura (acima de 21 °C) ocorre as

seguintes reações com o N2 e seus derivados:

N2 + O2 2NO Lançado na atmosfera

2NO + O2 (atmosfera) 2NO2

2NO2 +H2O HNO3 + HNO2 Chuva ácida

O ácido nítrico é um ácido forte, sendo responsável

pela chuva ácida.

NO e NO2 também são formados pelos raios durante

as tempestades.

NO2 + O2 NO +O3

Na baixa atmosfera o O3 causa irritação nos olhos e

garganta e ataca as folhas dos vegetais.

CHUVA ÁCIDA - Enxofre

Fontes – Derivados de petróleo e carvão mineral que na

queima ocorre a reação:

S + O2 SO2

O SO2 na atmosfera reage com o O2 segundo a reação:

2SO2 + O2 2SO3

O SO3 se combina com água da chuva ou próprio ar:

2SO3 + H2O H2SO4 Chuva ácida

As conseqüências da chuva ácida são:

•Prejuízos para a agricultura – solo ácido e destruição

das folhas dos vegetais.

•Água de rios e lagos ácida – imprópria a vida de fauna e

flora.

•Corrosão – Mármore, ferro, etc. monumentos e

construções

Camada de Ozônio

O ozônio é o filtro solar da terra. Se apresenta como

uma capa que envolve a terra a uma altitude de 15 a

30 km com 20 km de espessura de 90% de ozônio

atmosférico. Esta capa evita a passagem de raios

UVque são prejudiciais aos seres vivos.

Gases como os CFC, aerossóis e NOx destroem a

molécula de ozônio.

Efeito do NO e NO2 sobre o O3

Prof Paul Crutzen, do Max Planck Institute for Chemistry

NO + O3 NO2 + O2 O3 + luz UV O2 + O

NO2 + O NO + O2 com o resultado líquido: 2O3 3O2

www.moderna.com.br

Fonte:NASA 28/08/99

Efeito dos CFC sobre a camada de ozônio

Em 1974 os Prf. Sherwood Rowland de Ervine e

Mario Molina do MIT observaram que os

compostos contendo C, Cl e F (CFC), apesar de

quimicamente inertes, na camada de ozônio e

por radiação ultravioleta se decompõem

liberando Cl que literalmente “devora” o O3.

CFC + UV Cl + outros compostos

Cl + O3 ClO + O2

ClO Cl + O

Efeito dos CFC sobre a camada de ozônio

Em 1974 os Prf. Sherwood Rowland de Ervine e

Mario Molina do MIT observaram que os

compostos contendo C, Cl e F (CFC), apesar de

quimicamente inertes, na camada de ozônio e

por radiação ultravioleta se decompõem

liberando Cl que literalmente “devora” o O3.

CFC + UV Cl + outros compostos

Cl + O3 ClO + O2

ClO Cl + O

Composição da Atmosfera, Ciclos Biogeoquímicos e Tempos de

Residência

Composição média da Atmosfera

N2O 310

H2

CO

500

100

30

ppb

CO2

CH4 (1.8)

ppm

380

Ne

18 He (5)

HCHO 300

Etano

SO2

NOx

500

200

100

ppt

NH3 400

CH3OOH 700

H2O2 500

HNO3 300

outros H2O

Argonio

20%

78%

1%

Oxigênio

Nitrogênio

Ozônio

Quais os elementos presentes na atmosfera?

Nitrogênio

Oxigênio

Carbono

Hidrogênio

Enxofre

Gases Nobres: He, Ne, Ar

E quais os principais elementos dos seres vivos?

CICLOS BIOGEOQUÍMICOS (CICLAGEM DE NUTRIENTES)

Nutrientes = elementos essenciais aos seres vivos

Ciclo biogeoquímico

Movimento de um determinado elemento ou elementos químicos através da atmosfera, hidrosfera, litosfera e biosfera da Terra.

Os caminhos percorridos ciclicamente entre o meio abiótico e biótico pela água e por elementos químicos conhecidos, como C, S, O, P, Ca e N

Ciclo da água

Ciclo do Carbono

Ciclo do Nitrogênio

O ciclo do Enxofre

Interferência das atividades humanas sobre os ciclos

biogeoquímicos

OXIDANTES, METAIS, AEROSSOL,

SAIS, COMPOSTOS ORGÂNICOS,

E AMÔNIA ATMOSFÉRICOS

TRANSPORTE, DILUIÇÃO E

REAÇÕES QUÍMICAS

EMISSÃO

DEPOSIÇÃO SECA DEPOSIÇÃO ÚMIDA

REMOÇÃO

O3 H2O2 HCOOH HCHO

NO2/NO3- SO2/SO4

2-

HIDROCARBONETOS

SO2 NO NO2 NH3 PARTÍCULAS

H2SO4 HNO3 H2O2

(NH4)2SO4 NH4NO3

MATERIAL PARTICULADO,

O3, H2O2, NOX/SO2

(NH4)2SO4 NH4NO3

Processos e compostos envolvidos na poluição do ar.

Aspectos históricos

Poluição atmosférica em

centros urbanos

London Smog

- Século 17

“It is horrid smoke which

obscures our Church and

makes our palaces look old,

which fouls our cloth and

corrupts the waters, so as the

very rain, and refreshing dews

which fall in the several

seasons, precipitate to impure

vapour, which, with its black

and tenacious quality, spots,

contaminates whatever is

exposed to it.”

John Evelyn

- Século 13

Carvão substituiu a

madeira no uso

doméstico e industrial

Eventos de excesso de óbitos associados ao “smog” Ano Lugar Número de óbitos em

excesso

1930 Vale do Meuse, Bélgica 63 1948 Donora, Pensilvânia 20

1952 Londres 4000 1962 Londres 700

smog = smoke + fog

(poeira + neblina)

Queima de carvão (Revolução industrial) –

smog sulfuroso ou londrino

Poluição urbana

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

smog

fotoquímico

(castanho)

smog

industrial

(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

Comparação entre as características gerais da POLUIÇÃO DO AR

Sulfurosa (Londres) e Fotoquímica (Los Angeles, São Paulo)

( Finlayson-Pitts & Pitts, 1986).

Características Sulfurosa

(Londres)

Fotoquímica

(Los Angeles, São Paulo)

reconhecimento século 19 século 20 (década de 40)

Poluentes primários SO 2 , partículas de

fuligem

NO x , compostos

orgânicos

Poluentes

secundários

H 2 SO 4 , aerossóis,

sulfatos, ácidos

sulfônicos, etc.

O 3 , HNO 3 , aldeídos, PAN

( peroxiacetil nitrato),

nitratos, sulfatos, etc.

Temperatura frio ( 2 o C) quente ( 23

o C)

Umidade relativa alta, com neblina baixa, quente e seco

Tipo de inversão radiação (terra) subsidência

Picos de poluição início da manhã início da tarde

Poluentes atmosféricos:

O3 (ozônio) SO2 (dióxido de enxofre)

CO (monóxido de carbono) MP (material particulado)

NOx (NO + NO2, óxidos de nitrogênio)

URBANIZAÇÃO e INDUSTRIALIZAÇÃO