UNIVERSIDADE FEDERAL DO ESPÍRITO SANTOPROGRAMA 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 15Km 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 50Km. 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/cm3. Em termos de comparação, no nível do mar este parâmetro tem um valor médio de 2,5 x 109 moléculas/cm3

Distribuição da Atmosfera de acordo com a movimentação do ar

Atmosfera

Lora (2002)

Composição da Atmosfera

• N2 78,09%

• O2 20,94%

• Ar 0,93%

• CO2 0,0315%

• Ne 0.0018%

• He 0.00052%

• CH4 0.00012%

• Kr 0,00010%

• NOx 0,00005%

• H2 0.00005%

• Xe 0.000008%

• Vapores 0.000002%

Orgânicos

Composiçãodo ar limpo em volume

Ar limpo X Ar contaminado

POLUENTE CONCENTRAÇÃO (ppb)

AR LIMPO AR CONTAMINADO

SO2 1 – 10 20-200

CO 120 1000-10.000

NO 0,01 – 0,05 50-750

NO2 0,1-0,5 50-250

O3 20-80 100-500

Ciclo do carbono

Ciclos Globais – 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”.

Taxa de

entrada da

espécie

Taxa

de saída

da espécie

Taxa de

introdução

ou emissão

da espécie

Taxa de remoção

da espécie

Taxa de acumulação da espécie

em um volume

imaginário

+- - =

Balanço de massa

Tempo de Residência / “Conservação de massa”

)()( RPFFdt

dQsaídaentrada

)()( RFPF saídaentrada

saídaFR

Q

entradaFP

Q

P

Q

R

Q

1.10200

104112

12

anogx

gx semana

Tempo de Residência

Para composto radioativo

1

Q

Q

Para compostos com mais de dois processos de deposição

2121

1

)( kkQkk

Q

11

1

k

22

1

k

21

111

:

21

21.1

Tempo de Residência

Para compostos reativos

OH + A → Produtos

k= constante de velocidade da reação

][

1

][ OHkQOHk

Q

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

ii RPdt

dQ

iti

ci

wi

di

ci

ai

ni

i QkkkkPPPdt

dQ)(

0)( iti

ci

wi

di

ci

ai

ni QkkkkPPP

ti

ci

wi

di

i kkkk

1ci

ai

ni

i PPP

Q

Tempo de Residência

Escala Espacia l

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 anos

Esc

ala

Tem

pora

lM icroescala

Escala U rbanaou Local

Regional ouM esoescala

S inótica ouEscala G lobal

Espécies de v ida curta

Espécies de v ida m oderadam ente

longa

Espécies de v ida longa CFCs

N O2

CH 4

CH CCl3 3

CH Br3

CO

AerosóisO Trop.3

H O2 2

DM S

SO 2

C H5 8

C H3 6

NO X

CH O3 2

HO 2

NO 3

O H

Tem po de m istura inter-hem isférico

Tem po de m istura intra-hem isférico

Tem po de m istura de cam ada lim ite

Compostos atmosféricos

1- Compostos contendo enxofre

2- Compostos contendo nitrogênio

3- Compostos contendo carbono

4- Compostos contendo halogênio

5- Ozônio

Compostos contendo Enxofre

• COS

• CS2

• (CH3)2S, CH3SH, (CH3)2S2 (compostos reduzidos

de enxofre)

• H2S

• SO2

• SO3

• SO42-

Compostos contendo Enxofre

Compostos contendo Enxofre

Compostos contendo Enxofre - Fontes

• NaturaisDegradação biológicaEmissões vulcânicasOceanos

• AntropogênicasQueima de combustíveis fósseisOxidação de minerais sulfurosos, para obtenção de Cu, Pb e Zn Processos de refino de petróleoIndústria de celuloseEstações de tratamento de esgoto

Compostos contendo Enxofre - Efeitos

Compostos contendo Nitrogênio

• NO

• NO2

• N2O

• N2O3 , N2O4 , NO3 , N2O5

• PAN (CH3COOONO2)

• NH3

• Sais de NO3- , NO2

- , NH4+

}

} NOx

NOy

Compostos contendo Nitrogênio - Fontes

• NaturaisRelâmpagosAtividade microbiana no soloOxidação da amônia (para compostos de N em

estado de oxidação elevado)Processos fotolíticos ou biológicos nos oceanos

• AntropogênicasQueima de combustíveis fósseis e de biomassaProcessos químicos industriaisEstações de tratamento de esgoto

Compostos contendo Nitrogênio - Efeitos

• São os precursores dos oxidantes fotoquímicos, como ozônio e PAN’s (Peroxi-acetilnitratos).

• 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 NO2 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 (O3) troposférico em cerca de 100 a 200 vezes em relação ao ar não poluído. O O3 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

- CO2

- Hidrocarbonetos

- Aldeídos

- Cetonas

- Solventes clorados

- Substâncias refrigerantes......

} COVs

Compostos contendo Carbono - COVs

COVs e concentrações

Compostos contendo Carbono - Fontes

• NaturaisFlorestasPastagens

• AntropogênicasVeículos Indústria de petróleoSolventesProdução de gás naturalCarvão (Centrais termoelétricas e indústria)

Fontes e Dissipadores de CO

Fontes e dissipadores de metano (CH4)

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 célulasgiram 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.