grupo solos/dcea deplecção do ozono na ozonosfera buraco na camada de ozono

Grupo Solos/DCEAGrupo Solos/DCEA

Deplecção do ozono na ozonosferaDeplecção do ozono na ozonosferaDeplecção do ozono na ozonosferaDeplecção do ozono na ozonosfera

“Buraco na camada de ozono”


++ ++

Radiação UV

++

++ M M

Oxigénio (O2) fotodissocia-se por absorção de radiação U.V., formando oxigénio atómico

Oxigénio (O2) combina-se com oxigénio atómico para formar O3

Vimos que na ozonosfera:


Depois nem todo se mantem:Depois nem todo se mantem:

OZONO (O3) recombina-se com oxigénio atómico para formar O2

++ ++

OZONO (O3) fotodissocia-se por absorção de radiação U.V., formando-se oxigénio atómico e molecular

Radiação UV

++


Clorofluorcarbonetos (CFCs) e Halons

maioritariamente de

origem antrópica;

contêm C e halogéneos

como Cl, Br, F, e por vezes H;

extremamente estáveis, inodoros, não inflamáveis, considerados não tóxicos, logo manipulados com segurança;

começaram a ser produzidos nos anos 30, para equipamentos de refrigeração, depois usados como propulsores de aerossóis, ar condicionado, fabrico de espumas, etc, etc.

Fig. 1


Clorofluorcarbonetos CFC-11 e CFC-12 (os + destrutivos e

persistentes)

1960s: cientistas detectavam cerca de 100 ppt

1975: cerca de 200 ppt


1990: mais de 750 ppt

Clorofluorcarbonetos CFC-11 e CFC-12 (os + destrutivos e

persistentes)

1960s: cientistas detectavam cerca de 100 ppt



1990: mais de 750 ppt

Fig. 2


Não existem reservatórios para os CFCs na troposfera, e devido à sua quase não reactividade, são transportados até à estratosfera, onde se degradam por acção dos UV.

Hidroclorofluorcarbonetos (HCFCs) e Hidrofluorcarbonetos (HFCs)

• compostos de origem antrópica, alguns usados temporariamente como substitutos dos CFCs (visto serem gases com efeito de estufa);

• degradam-se na troposfera por fotodissociação.

Devido à sua longa vida, são gases com efeito de estufa muito mais potentes que o CO2.


O início...

Anos 70Anos 70 - Grupo de investigadores da British Antarctic Survey (BAS), que monitorizava a atmosfera sobre a Antárctida (numa estação similar à da Fig. 3), notou a redução dramática de ozono na baixa estratosfera.

Fig. 3

19851985 – Redução dos níveis de O3 estratosférico tão elevada que, primeiro, os cientistas relacionaram-na com avaria nos aparelhos de medição.

Em Julho 2007...


Só após a substituição da aparelhagem e obtenção dos 1ºs dados de O3, se aceitou a deplecção como genuína (disponíveis vários meses depois, visto não haver dados no Inverno no pólo Sul – Jun/Set- devido à total escuridão).

Outra história vai para o satélite TOMS (Total O3 Mapping Spectrometer), que não mostrou a diminuição drástica dos níveis de O3 visto estar programado para rejeitar níveis muito baixos de O3

(considerados outliers).

Quando a BAS publicou os resultados, mostrando a quebra rápida e em larga escala de O3, a re-análise dos dados brutos do TOMS comprovo-o.


Sobre a Antárctida (e mais recentemente sobre o Ártico), nos últimos 30 anos, o O3 estratosférico tem sofrido redução em certas alturas do ano (devido a compostos produzidos e libertados pelo Homem contendo Cl, Br ou outros halogenados, bem como NOx).

Em Out. 1994, o total de O3 era inferior a metade dos seus valores nos anos 70!

Fig. 1

O que é o “buraco do ozono”?

Fig. 4 – O3 total sobre a Estação deHalley Bay, na Antárctida


G.M.B. Dobson (~1920 - 1960) foi dos 1ºs cientistas a investigar o O3 atm.

'Espectrómetro Dobson' -instrumento usado para medir O3 a partir do solo. Mede a intensidade da radiação UV a 4 , dois dos quais são absorvidos pelo O3 e dois deles não.

http://www.atm.ch.cam.ac.uk/tour/dobson.html

1 unidade Dobson (DU) – definida como 0.01 mm de espessura em condições PTN


http://www.atm.ch.cam.ac.uk/tour/tour_images

TOMS ozone (DU)


10 Set. 2000 - Tamanho do buraco do ozono na Antárctida cobriu 28,5 milhões de km2

11 Set. 2003 - buraco do O3 na Antárctida > que América do N

http://toms.gsfc.nasa.gov/news/press_release_2003.html


The largest Antarctic ozone hole recorded

2006-09-24

2008-09-24http://ozonewatch.gsfc.nasa.gov

2010-10-13


Níveis de ozono a várias altitudes e intercepção dos UV

Apesar das concentrações de ozono na ozonosfera serem muito pequenas, são extremamente importantes para a vida, visto absorverem a radiação UV emitida pelo Sol, maléfica para os organismos vivos.

Os UV-C, cujos seriam muito destrutivos para os humanos, são inteiramente absorvidos pelo O3, a cerca dos 35 km de altitude.

UV-A 320-400 nmUV-B 280-320 nm

UV-C < ou = 280 nm


ftp://jwocky.gsfc.nasa.gov/pub/eptoms/images/qcplots/zmqcsz_v8.png em 21-9-07


Ozone Hole 2007 http://www.cpc.ncep.noaa.gov/products/stratosphere/sbuv2to/ozone_hole.sht


1.1. No Inverno polar, forte vento circumpolar desenvolve-se da média para a baixa estratosfera, levando à formação do vórtex polar, que isola o ar dentro dele.

2.2. Como não há rad. solar, o ar pode atingir temperaturas muito baixas. Quando < -80 ºC, há formação de núvens estratosféricas polares-PSC (ar no vórtex isolado, logo as baixas temperaturas persistem).

Fig 5 – Esquema do que acontece na Antárctida durante o Inverno

(Jun.-Set.)

As PSCs são cruciais na redução do ozono.

http://www.atm.ch.cam.ac.uk/tour/

Receita para a redução do ozonoReceita para a redução do ozono


Núvens estratosféricas polares


Processos químicos que levam à redução do ozono polarProcessos químicos que levam à redução do ozono polar

Quase todo o Cl e metade do Br presente na estratosfera é advindo da actividade humana.

O reservatório de óxidos de N (N2O5); o ácido nítrico (HNO3), que sustenta elevados níveis de Cl activo;

têm todos um papel importante na destruição do ozono.

Os reservatórios inorgânicos de Cl que se formam a partir de CFCs:

HCl e o nitrato de Cl (ClONO2).

Os CFCs, muito estáveis, podem permanecer décadas (40-150 anos) na atmosfera, subindo lentamente até à estratosfera onde, atacados pela radiação U. V., formam HCl e ClONO2.


Produção de radicais de cloroProdução de radicais de cloro3.3. À superfície das núvens estratosféricas polares (PSC), HClHCl e ClONOClONO22 , por ex., são convertidos em formas mais activas de Cl (reacções 1-5, muito rápidas).

Reacções mais importantes na destruição do ozono:

HCl + ClONO2 -> HNO3 + Cl2 (1)

ClONO2 + H2O -> HNO3 + HOCl (2) HCl + HOCl -> H2O + Cl2 (3) N2O5 + HCl -> HNO3 + ClONO (4) N2O5 + H2O -> 2HNO3 (5)

Antes da descoberta do “buraco do ozono”, as reacções heterogéneas (as que ocorrem em superfícies) não eram equacionadas em química da atmosfera (pelo menos na estratosfera). Daí a surpresa do aparecimento do “buraco do O3”.


• O HNO3 formado permanece nas PSC, de forma que a concentração de óxidos de N na fase gasosa é reduzida.

• Esta redução de óxidos de N é muito importante visto diminuír a taxa de remoção do ClO que ocorreria através da reacção (6):

ClO + NO2 + M -> ClONO2 + M (6)

onde M é qualquer molécula de ar (e ClONO2 é menos perigoso).

... Assim, o ClO vai-se acumulando no vórtex polar durante o Inverno (ajudando a manter elevados níveis de Cl activo).

Com o regresso da radiação U.V. ... na Primavera do hemisfério Sul (cerca de Set.-Out.)

4.4. O Cl molecular formado a partir das reacções (1)-(5) sofre rápida fotodissociação a formas atómicas: Cl2 + hv -> Cl + Cl, o que leva à súbita redução de O3.

• O HNO3 formado permanece nas PSC, de forma que a concentração de óxidos de N na fase gasosa é reduzida.

• Esta redução de óxidos de N é muito importante visto diminuír a taxa de remoção do ClO que ocorreria através da reacção (6):

ClO + NO2 + M -> ClONO2 + M (6)

onde M é qualquer molécula de ar (e ClONO2 é menos perigoso).

... Assim, o ClO vai-se acumulando no vórtex polar durante o Inverno (ajudando a manter elevados níveis de Cl activo).

Com o regresso da radiação U.V. ... na Primavera do hemisfério Sul (cerca de Set.-Out.)

4.4. O Cl molecular formado a partir das reacções (1)-(5) sofre rápida fotodissociação a formas atómicas: Cl2 + hv -> Cl + Cl, o que leva à súbita redução de O3.


Em (I), Cl2O2 é termicamente instável, e o ciclo é + efectivo a baixas temperaturas. Pensa-se ser responsável por cerca de 70% da redução de O3 na Antárctida.

No Ártico, + quente, a maior parte da redução de O3 deve ser devida ao Ciclo (II).

Destruição catalítica do ozono

4.4. A produção de Cl activo requer radiação U.V., e a radiação determina os seguintes ciclos catalíticos, que envolvem Cl e Br, responsáveis pela destruição do ozono:

(I) ClO + ClO + M -> Cl2O2 + M

Cl2O2 + hv -> Cl + ClO2

ClO2 + M -> Cl + O2 + M

depois: 2 x (Cl + O3 ) -> 2 x (ClO + O2)

líquido: 2 O3 -> 3 O2

e

(II) ClO + BrO -> Br + Cl + O2

Cl + O3 -> ClO + O2

Br + O3 -> BrO + O2


Destruição catalítica do ozono

4.4. A produção de Cl activo requer radiação U.V., e a radiação determina os seguintes ciclos catalíticos, que envolvem Cl e Br, responsáveis pela destruição do ozono:

(I) ClO + ClO + M -> Cl2O2 + M

Cl2O2 + hv -> Cl + ClO2

ClO2 + M -> Cl + O2 + M

depois: 2 x (Cl + O3 ) -> 2 x (ClO + O2)


e

(II) ClO + BrO -> Br + Cl + O2

Cl + O3 -> ClO + O2

Br + O3 -> BrO + O2



Receita para a redução do ozono - ResumoReceita para a redução do ozono - Resumo

1. Inverno polar leva à formação do vórtex polar, que isola o ar dentro dele.

2. Baixas temperaturas dentro do vórtex levam à formação de núvens estratosféricas polares-PSC (ar no vórtex isolado, baixas temperaturas e PSCs persistem).

3. Reacções heterogéneas à superfície das PSCs convertem os reservatórios inactivos de Cl e Br em formas mais activas.

4. Não ocorre redução de O3 até ao retorno da radiação U.V.

Na Primavera na Antárctida (Set.-Out.), radiação regressa ao ar dentro do vórtex polar, permitindo a produção de Cl activo, que inicia os ciclos de destruição catalítica de O3.

A perda de O3 é rápida.


O buraco na camada de ozono cobre região geográfica > que Antárctida e extende-se cerca de 10 km em altitude, na baixa estratosfera.


1.1. Radiação UV quebra a ligação do átomo de Cl à molécula de CFC.

2.2. O átomo de Cl ataca uma molécula de ozono (O3), quebrando-a.

3.3. O resultado salda-se em O2 e molécula de monóxido de cloro (ClO).

4.4. O ClO é atacado por átomo livre de oxigénio, libertando o átomo de cloro e formando oxigénio molecular (O2).

5.5. O cloro está livre para atacar e destruír outra molécula de O3 (um át. Cl pode repetir este ciclo destrutivo milhares de

vezes, cerca de 100 000). Cl + O3 -> ClO + O2

ClO + O -> Cl + O2


Em Portugal

a diminuição da espessura da camada de ozono também foi sentida.

Há medições da espessura da camada de ozono desde 1951 (Instituto de Meteorologia)

Os dados recolhidos permitem concluir que, no período 1968-1997, a quantidade total de ozono apresentou uma tendência estatisticamente significativa de redução da espessura de 3.3 % por década, o que é consistente com a redução que se tem observado noutras estações de Europa (p.ex. em Itália).


Menos ozono o que significa?Menos ozono o que significa?Impacte sobre o organismo humano

Radiação UV (ex.UV-A) pode ter efeitos positivos sobre o Homem, p. ex. formação da vitamina D sobre a pele.

Efeitos negativos: UV-B influenciam sistema imunitário, podendo suprimir imunidade contra cancro da pele (USEPA calculou que redução de 1% da camada de O3 => acréscimo de 45000 cancros de pele nos EUA);

perturbações ao nível da vista (ex: cataratas, cegueira).

Menos produtos alimentares sobre a Terra Afectação do processo fotossintético => reduções no teor

nutritivo e produtividades.

Menos produtos alimentares no mar Afectação do plancton (como base da cadeia alimentar =>

alteração no nº e composição das espécies, que influenciará produção mundial de peixes e crustáceos).


• Fitoplâncton e a cadeia alimentar

As medições das populações desses organismos microscópicos sob o raio de acção do buraco da camada de ozono demonstraram uma redução de 25% desde o começo do século XXI até o ano de 2003, nas águas marinhas antárticas.

A morte destes microorganismos causa uma redução da capacidade dos oceanos em extrair o CO2 da atmosfera, contribuindo para o aquecimento global.

Com a morte do fitopâncton, o zoopâncton não sobrevive. Sem zooplâncton, o krill deixa de existir, diminuindo a população dos peixes dos oceanos e assim por diante. Logo, a ozonosfera é primordial para que haja vida no planeta Terra.


Menos ozono o que significa?Menos ozono o que significa? CLIMA

Emissões de CFCs contribuem para aquecimento do Emissões de CFCs contribuem para aquecimento do Globo:Globo:

> penetração da luz solar => > aquecimento da camada inferior da atm.

Arrefecimento da estratosfera => formação de + PSCs => > destruição do O3.

POLUIÇÃO DO ARRadiação UV > sobre a sup. terrestreRadiação UV > sobre a sup. terrestre

pode agravar problemas do “smog” fotoquímico; Favorece reacções em cadeia => O3 troposférico (tóxico,

reactivo, prejudicial ao Homem e às plantas).

MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO Radiação UV provoca degradação de polímeros usados na

construção, nas tintas, etc. Degradação > quando >T => Países em vias de

desenvolvimento muito vulneráveis.

CLIMA Emissões de CFCs contribuem para aquecimento do Emissões de CFCs contribuem para aquecimento do Globo:Globo:

> penetração da luz solar => > aquecimento da camada inferior da atm.

Arrefecimento da estratosfera => formação de + PSCs => > destruição do O3.

POLUIÇÃO DO ARRadiação UV > sobre a sup. terrestreRadiação UV > sobre a sup. terrestre

pode agravar problemas do “smog” fotoquímico; Favorece reacções em cadeia => O3 troposférico (tóxico,

reactivo, prejudicial ao Homem e às plantas).

MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO Radiação UV provoca degradação de polímeros usados na

construção, nas tintas, etc. Degradação > quando >T => Países em vias de

desenvolvimento muito vulneráveis.


A diminuição do O3 estratosférico e as alterações climáticas são

problemas ambientais distintos, causados principalmente pela actividade humana, e interrelacionam-se de várias formas:

As substâncias que causam a destruição da camada do ozono, como os CFCs, também contribuem para o efeito de estufa;

A camada de ozono NÃO influencia a temperatura. Os cientistas antes acreditavam que se ela fosse destruída, a Terra regularia melhor a sua temperatura. No entando, a camada não influencia no esfeito de estufa.

O aumento de exposição da superfície terrestre a raios UV pode alterar a circulação dos gases com efeito de estufa, aumentando o aquecimento global. Em particular, prevê-se que o aumento de UV suprima a produção primária nas plantas terrestres e no fitoplâncton marinho, reduzindo a quantidade de CO2 que

absorvem da atmosfera.


Símbolos utilizados nos mapas da previsão do Índice de UV (IUV) e comportamentos a adoptar

Fonte: IM, 2008


Quadro

O Protocolo de Montreal muito contribuiu para a proteção do clima. A eliminação da produção e consumo de ODS resultou num decréscimo de 5 Gt de CO2 equiv. para a atmosfera, cerca de 25% do total de GEE verificadas em 1990.68 Potencial de Aquecimento Global (Global Warming Potential – GWP, na sigla inglesa): razão entre o aquecimento causado por uma substância e o aquecimento causado por igual massa de CO2. O GWP do CO2 é 1.


Produção

Consumo

Substâncias que destroem a camada de ozono, na UEFonte: Comissão Europeia, 2008


“The ozone layer is a thin layer of ozone in the atmosphere, 10 - 50 km above the earth.”

“Ozone (O3) has 3 atoms. It is very rare, only 3 out of 10 million molecules in the air are ozone. 90% of ozone is in the upper atmosphere.”

[The Ozone Story, UNEP 1998, 2nd Ed. (2000), ISBN: 92-807-1896-7]



“The ozone layer absorbs most of the harmfulultraviolet-B (UV-B) radiation from the sun.”

“Wonder gas” CFCs were invented in 1928for commercial applications.

1928



“...use of CFCs increases rapidly...”

“Scientists discover a link between CFCsand ozone layer depletion.”



“If the ozone layer depletes, more harmful UV-B radiation will reach the earth through the damaged ozone layer.”

“More UV-B radiation means more skin cancers, more diseases and eye cataracts, less yield from plants, less productivity from oceans, damage to plastics...”



“In 1977, the United Nations Environment Programme(UNEP) sets up a co-ordinating committee to study the ozone layer.”

“In 1978, the United States of America, Canada,Sweden and Norway ban the use of CFCs in aerosols.”

1977 1978



“In 1981, UNEP starts inter-governmental negotiationsto protect the ozone layer.”

“After 1982, in the absence of other moves, the consumption of CFCs increases again. Industry demands proof of ozone depletion due to CFCs.”

1981



“The British Antarctic Team discovers severe thinning in the ozone layer over Antarctica - the ozone hole.”

“Governments agree to study, exchange information and protect the ozone layer - through the Vienna Convention for the Protection of the Ozone Layer. Scientists continue to find proof of ozone depletion.”

1985 1985



• “ 46 governments agree to a 50% cut in the production and consumption of CFCs by the year 2000;

• a freeze in production and consumption of halons by 1992;

• further controls linked to assessments by experts.”

Montreal Protocol on Substances that Deplete

the Ozone Layer - 1987



“Many developing countries ask for alternative technologies and financial assistance to implement the Montreal Protocol.”

“In 1988, the UNEP - WMO report on ozone trends links CFCs to ozone depletion.”

1988



“In 1989, the UNEP Assessment Panel of experts reports THE NEED for tougher controls.”

“Parties agree to completely phase out CFCs by the year 2000, and to establish a Multilateral Fund to assist developing countries. US$ 240 million was allocated for 1991 - 1993.”

London Amendment – 1990



“It was decided that the developed countries phase out HCFCs by 2030, freeze methyl bromide by 1995 and that the phase out of CFCs be brought forward to 1996.”

“UNEP Assessment Panels recommend that more substances (HCFCs, methyl bromide) are controlled and that the phase out of CFCs is advanced.”

1991Copenhagen Amendment

1992



“In 1993, the Meeting of the Parties, held in Bangkok, agrees to a replenishment of the Multilateral Fund - US$ 455 million for 1994 - 1996.”

“Halons are phased out by industrialized countries. UNEPAssessment Panels recommend tougher controls on methyl bromide.”

1993 1994



“Some countries, the Russian Federation and others, report an inability to phase out CFCs by 1996 due to their internal problems. The Global Environment Facility (GEF) offers to help them. Developing countries agree to phase out methyl bromide by 2010.”

1995



“The Meeting of the Parties held in Costa Rica, approves the replenishment of the Multilateral Fund and gives US$466 millionfor 1997 - 1999.”

Industrialized countries...

1996

1996



“Licensing for the import and export of CFCs was introduced.”

“Industrialized countries agree to phase out methyl bromide by 2005. Developing countries will phase out the same by 2015.”

Montreal Amendment – 1997



“GEF assists countries with economies in transitionto phase out CFCs.”

The Ozone meetings in Beijing approved a replenishment of the Multilateral Fund of US$ 440 million for the years 2000-02 for continuing the phase-out of CFCs, in addition to the carry-over of US$ 35.7 million from the previous period.

Dec. 1999



The Beijing Declaration reiterated the commitment of all Governments to continue full implementation of the Montreal Protocol and ensure the protection of the ozone layer.

The 11th Meeting of the Parties in Beijing bannedbromochloromethane (a new ozone-depleting chemical) and put controls on production of HCFCs and trade in HCFCs with non-Parties.

1999

Dec. 1999



“Do not release CFCs - recycle them!”

“Demand ozone friendly products.”

What can I do to protect the Ozone Layer?


FUNDO MULTILATERALFUNDO MULTILATERAL

Criado em 1990, para Implementação do Protocolo de Montreal

Este fundo auxilia os países em vias de desenvolvimento na eliminação progressiva dos gases destruidores de ozono.

O seu reforço para 2006-2008 foi de 339 milhões de € (470 milhões USdólares).

Em Setembro de 2007, em Montreal, concluiu-se que o fundo deveria ser mantido ou aumentado (início de 2008).

FUNDO MULTILATERALFUNDO MULTILATERAL

Criado em 1990, para Implementação do Protocolo de Montreal

Este fundo auxilia os países em vias de desenvolvimento na eliminação progressiva dos gases destruidores de ozono.

O seu reforço para 2006-2008 foi de 339 milhões de € (470 milhões USdólares).

Em Setembro de 2007, em Montreal, concluiu-se que o fundo deveria ser mantido ou aumentado (início de 2008).


NASA/NOAA satellite data showing the rise in stratospheric chlorine and corresponding decline in ozone

layer thickness from 1979 to 1997. As stratospheric chlorine declined in response to enactment of the Montreal

Protocol, the first stage of ozone recovery began.


Efeitos do Protocolo de Montreal e suas Emendas Fonte: Twenty Questions and Answers about Ozone Layer: 2006 Update. Lead Author: D.W. Fahey, Panel Review Meeting for 2006 ozone assessment

Concentração atmosférica efectiva de cloro (ppbv)

Casos anuais de cancro de pele, por milhão de pessoas


ODS – ozone depleting substancesODP – ozone depleting potential


Fontes bibliográficasUNEP, Handbook for the International Treaties for the Protection of the ozone layer, 6 ed., United Nations Environment programme, 2003.

UNDP, UNEP, UNIDO, WB, The Montreal Protocol: Partnerships Changing the World, 2005.


• http://www.unep.org/ozone/index.shtml•www.atm.ch.cam.ac.uk•www.zephryus.demon.co.uk•http://www.infoplease.com/ce6/sci/A0837214.html•http://www.jpl.nasa.gov/earth/air_ozone/air_ozone_index.cfm•http://mls.jpl.nasa.gov/joe/um_sci.html•http://remus.jpl.nasa.gov/manda.htm•http://www.wmo.ch/web/arep/ozone.html•http://www.epa.gov/Ozone/2007stratozoneprogressreport.html•http://ozonewatch.gsfc.nasa.gov/ (para ver, p. ex. últimos 7 dias)

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