• Aperfeiçoamento das técnicas para detecção de gases em concentrações extremamente baixas – Década de 70
• Substâncias artificiais – não participam do ciclo de produção e perda de gases atmosféricos. São injetadas nas camadas inferiores da atmosfera.
• 1977 – Legisladores nos EUA preocupavam-se com a deterioração da qualidade do ar.
Ozônio (O3)• Gás muito reativo, principalmente na troposfera.• A atmosfera sofreu um processo de adaptações
sucessivas a diferentes períodos geológicos.• Há 600 milhões de anos surgiram os primeiros
organismos fotossintetizantes modificando drasticamente a atmosfera, que passou de um estado redutor (sem oxigênio) para o estado atual (com oxigênio livre).
• Somente a partir da existência do oxigênio diatômico e seu subproduto O3 é que a existência de organismos vivos na superfície da terra tornou-se possível.
• Até então o desenvolvimento celular só ocorria nas profundezas dos oceanos, onde a radiação ultravioleta não chegava.
• Na atmosfera muitas reações químicas são iniciadas pela ação da luz solar (reações fotoquímicas)
• A produção inicial do oxigênio atômico (O) resulta da fotodissociação do O2 que é praticamente estável e abundante.
• A produção de O é seguida pela produção de O3, conforme a reação:
onde M é uma molécula inerte mas necessária para manter o equilíbrio energético antes e depois das colisões.
Ciclo do Ozônio
• A dissociação do ozônio ocorre com fótons de comprimentos de onda menores do que 3100 Å (10-10 m ou 10-3 nm) liberando oxigênio no estado excitado (O
1D).• O1D reage com H2O(v) liberando OH (radical
oxidrila) em sucessivas reações até formar compostos estáveis como CO2, N2, H2 e O2.
• Em geral, os constituintes pares na atmosfera (O2, N2, CO2, etc...) são estáveis, ao passo que os ímpares são reativos.
• A cerca de 28 km de altitude há apenas 5 moléculas de O3 para cada milhão de moléculas de O2.
• Os componentes ímpares, que participam da maioria das reações na atmosfera são denominados compostos minoritários e os componentes estáveis, próximo a superfície são os compostos majoritários da atmosfera.
A camada natural de ozônio
• Ozo – do grego, cheiro, aroma
• Ozônio tem cheiro forte, penetrante e desagradável.
• Na sequência do processo de produção de O3 ocorrem vários processos de destruição da molécula de ozônio, normalmente com compostos nitrogenados
A concentração de ozônio no estado estacionário resulta do equilíbrio entre as reações de produção e perda
• A camada de ozônio é uma fatia da atmosfera onde a concentração deste gás é mais elevada que nas outras regiões.
• Localiza-se aproximadamente a 30 km de altitude.
Em (a) a absorção solar é majoritária na superfície da Terra, a temperatura diminui com a altitude. Em (b) o ozônio ao absorver a luz solar passa a ser um irradiador de energia no infravermelho. O resultado é o aumento de T acima da troposfera formando a estratosfera, com importância significativa na circulação da atmosfera.
Consequências da Destruição da Camada de Ozônio
• Aumento da radiação ultravioleta e dos casos de câncer de pele.
• Influência na produção de alimentos devido à redução da produtividade agrícola.
• Nos oceanos a incidência de radiações UV pode extinguir algas planctônicas, influenciando a cadeia alimentar, resultando na extinção de várias espécies.
• Sem a presença de ozônio não existiria a estratosfera, o que poderia provocar sérias mudanças na distribuição térmica e circulação da atmosfera.
• Na troposfera, o ozônio participa de reações de produção de OH. Sem este radical livre a concentração de metano (CH4) e CO2 poderia aumentar a níveis insuportáveis pelos seres vivos.
• Existem várias substâncias com ações deplessoras da camada de ozônio, destacando-se os clorofluorcarbonos (CFC’s) utilizados pela sociedade moderna em refrigeradores e aparelhos de ar condicionado (nestes a substância utilizada é o diclorofluormetano).
• Triclorofluormetano foi bastante utilizado como propelente em aerossóis e espumante na produção de plásticos
• Nos anos 70 medições de gases atmosféricos alertaram sobre elevadas concentrações de carbonos clorofluorados
• Em 1974 aconteceu a primeira publicação científica sobre o problema dos CFC’s
• A radiação ultravioleta decompõe os CFC’s e libera o cloro (Cl), que ataca a camada de ozônio
Cálculos iniciais indicavam redução de 7% a 13%
• Na troposfera, as radiações UV são insuficientes para gerar O3 a partir de O2.
• Nessa região ozônio é produzido por reações entre óxidos de nitrogênio e o radical oxidrila (OH).
Poluição da Troposfera
• Emissão de gases de combustão (CO, CO2, NO, N2O
• Concentrações de O3 acima de 80 ppbv são consideradas perigosas para os seres vivos.
Consequência da radiação UV B para os seres humanos
• Câncer de pele– Tipo malígno não-melanoma: frequente na
população branca• Tumores nas regiões corporais expostas à radição
solar (cabeça, face, pescoço, pernas)• Maior incidência em latitudes baixas (próximas ao
Equador) – entre 30º e 50º
• Taxa de aumento de incidência 3% a.a
Efeito estufa
• Radiação eletromagnética na faixa espectral do infravermelho são absorvidas e re-emitidas por alguns gases na atmosfera.
•
A radiação solar A é absorvida pela superfície sólida do planeta Terra e a energia radiante é devolvida para a atmosfera com comprimentos de onda na faixa do rádio e infravermelho. Parte dessa energia é absorvida por gases de efeito estufa (N2O, CO2, CO, CH4, e O3) aumentando a temperatura da superfície.
Ação da radiação UV B sobre os microrganismos
• Extinção de microrganismos importantes para as plantas (fixação de N2)
• Danos ao zooplancton marinho
• Mutações
Consequências da radiação UV B para as florestas
• Aumento na atividade fotossintética?– Efeito de fertilização do carbono– Mudanças nos regimes de chuvas– Possível crescimento das áreas inundáveis
(maior limitador das florestas equatoriais)• O aumento da floresta equatorial pode ser
prejudicial para a floresta boreal
Pesquisas de Ozônio no Brasil• Início em 1974 com o uso do espectrofotômetro Dobson que mede
a coluna vertical de ozônio através da medida da radiação UV em diferentes faixas espectrais.
• 1978 – Início das investigações em Natal utilizando sondas EEC em balões e sonda ópticas em foguetes
• Medidas na Região Amazônica• Suspeita-se que a grande variação sazonal de O3 troposférico em
Natal é devida à emissões de gases precursores (CO, N2O, NO, NO2)
• Medidas de ozônio estão sendo feitas em diferentes pontos estratégicos (www.inpe.br) para se estudar a influência de diferentes ecossistemas na composição da atmosfera.
• Medições conjuntas de O3 e CO na troposfera
Referências Bibliográficas
• Kirchoff, V.W. J.H (1998). Geoquímica da baixa e média atmosferas: impactos ambientais da deterioração da camada de ozônio. Geochimica Brasiliensis, 2 (1), pg. 41-52.
• Baird, C. Química Ambiental 2ª. Edição. Trad. Maria Angeles Lobo Recio e Luiz Carlos Marques Carrera. Porto Alegre: Bookmann, 2002. (pg. 39-52)