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.