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Prof. Dr. Marcus Tullius Scotti A POLUIÇÃO DA ESTRATOSFERA Prof.

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1 Prof. Dr. Marcus Tullius Scotti A POLUIÇÃO DA ESTRATOSFERA Prof.

2 Prof. Dr. Marcus Tullius Scotti A diminuição global do O 3 estratosférico Durante os anos 80 houve uma diminuição geral na concentração O 3 A maior parte da perda ocorre na estratosfera inferior As reações ocorrem em cristais de gelo e gotículas líquidas frias de várias substâncias, como o H 2 SO 4 Os vulcões emitem SO 2 que são oxidados à ácidos Após a erupção do Monte Pinatubo, Filipinas, em 1991 e do vulcão El Chinchón, México, em 1982 ocorreu uma depleção mensurável de O 3

3 Prof. Dr. Marcus Tullius Scotti O aumento da radiação UV na superfície terrestre A quantidade de radiação UV-B aumenta de 3 a 6 vezes na Antártida, durante a primavera Devido ao deslocamento do ar estratosférico, níveis elevados de radiação UV-B estão sendo determinados na Argentina

4 Prof. Dr. Marcus Tullius Scotti No Canadá, entre 1989 e 1993, os níveis de radiação UV-B foram: - 5% maiores no inverno - 2% maiores no verão A depleção do O 3 aumentou significativamente após a erupção do Monte Pinatubo

5 Prof. Dr. Marcus Tullius Scotti Compostos químicos que destroem o O 3 * Compostos antropogênicos orgânicos clorados e bromados * Alguns compostos não possuem um processo de remoção natural Figura 5. Concentrações de cloro estratosférico, reais e previstas, em função do tempo.

6 Prof. Dr. Marcus Tullius Scotti Clorofluorcarbonetos (CFCs) Parte do aumento de cloro estratosférico se deve aos CFCs Na década de 80, 1 milhão toneladas de CFCs foram emitidas Os CFCS são: atóxicos, não-inflamáveis, não-reativos e possuem propriedades úteis de condensação

7 Prof. Dr. Marcus Tullius Scotti Alguns exemplos: CFC-12 (CF 2 Cl 2 ) - usado como fluído circulante em refrigeradores, ar condicionado para automóveis CFC-11 (CFCl 3 ) - usado como isolante em refrigeradores, congeladores, edifícios CFC-13 (CF 2 Cl-CFCl 2 ) - usado para limpar graxas, cola e resíduos de placas de circuitos eletrônicos

8 Prof. Dr. Marcus Tullius Scotti Como não possuem sumidouro troposférico, as moléculas de CFCs atingem a estratosfera Na estratosfera são ativados segundo a reação: CF 2 Cl 2 + UV-C CF 2 Cl + Cl O tempo de vida atmosférico médio são de: - 60 anos para o CFC anos para o CFC-12 O CFC-11 é decompostos em latitudes inferiores, onde a concentração de O 3 é maior

9 Prof. Dr. Marcus Tullius Scotti Substitutos dos CFCs Todos os substitutos possuem um átomo de hidrogênio ligado ao átomo de carbono Desta forma, estes compostos podem ser facilmente eliminados da troposfera

10 Prof. Dr. Marcus Tullius Scotti Os substitutos dos CFCs são denominados de HCFCs Um composto largamente utilizado é o CHF 2 Cl (HCFC-22) - condicionadores de ar doméstico - geladeiras - substituto do CFC-11 nos processos de espumação A curto prazo o HCFC-22 apresenta capacidade de destruição do O 3 15% maior do que o CFC-11 A longo prazo, este potencial é 5% menor do que o CFC-11

11 Prof. Dr. Marcus Tullius Scotti Os hidrofluorcarbonetos (HFCs) são os principais substitutos para os CFCs e HCFCs Utilizado principalmente no lugar do CFC-12 Os HFCs formam HF Podem formar o ácido trifluoroacético (TFA), que inibe o crescimento de plantas

12 Prof. Dr. Marcus Tullius Scotti Compostos que contêm Bromo e Iodo Substâncias que possuem Bromo sem Hidrogênio são denominados de halons (CF 3 Br e CF 2 BrCl) São utilizados em extintores de incêndios Estes compostos são decompostos por via fotoquímica produzindo Bromo e Cloro, que catalisam a destruição do O 3

13 Prof. Dr. Marcus Tullius Scotti Acordos internacionais sobre a produção de CFCs e outras SDOs Sherwood Rowland, Mario Molina (University of California) e Paul Crutzen (químico holandes) – ganhadores do Prêmio Nobel de Química em 1995 Trabalho sobre a depleção de O 3 Gradativamente os CFCs estão sendo eliminados A primeira reunião, em Montreal, em 1987, culminou no Protocolo de Montreal

14 Prof. Dr. Marcus Tullius Scotti Nos países desenvolvidos a produção legal de CFCs foi extinguido em 1995 Os países em desenvolvimento possuem um prazo até 2010 para cessar a produção de CFCs O prazo para a eliminação de HCFCs nos países desenvolvidos é até 2030, e nos países em desenvolvimentos até 2040 A fabricação dos halons foi proibida a partir de 1994 O brometo de metila devrá ser eliminado até 2005 (usado para esterilizar solos antes de plantações de morango, tomates, uvas, tabaco e flores)

15 Prof. Dr. Marcus Tullius Scotti Como resultados destes acordos o nível máximo de cloro atingiu um máximo em 1994, e a tendência agora é a sua redução Esta redução é lenta: - as moléculas demoram um longo período para chegar a estratosfera e se dissociar - lentidão na remoção de cloro e bromo da estratosfera - entrada continuada de algum cloro e bromo na atmosfera

16 Prof. Dr. Marcus Tullius Scotti EFEITO ESTUFA

17 Prof. Dr. Marcus Tullius Scotti Introdução Efeito estufa – é um efeito que causa o aumento da temperatura média global devido o aumento de gás carbônico e outros gases lançados na atmosfera O efeito estufa vem sendo observado desde 1860 Não se pode prever quais as conseqüências exatas dos problemas relacionados ao efeito estufa

18 Prof. Dr. Marcus Tullius Scotti O mecanismo do efeito estufa A superfície e a atmosfera da terra são mantidas aquecidas principalmente pela energia solar Grande parte da luz UV é absorvida na estratosfera De toda a luz incidente na terra, 50% é absorvida na superfície 20% da luz é absorvida por gases (O 3, O 2, CO 2 e H 2 O) 30% da luz é refletida

19 Prof. Dr. Marcus Tullius Scotti Figura 1. Temperatura global média da superfície, relativa à média no período entre desde Uma parte do aumento de temperatura pode ser atribuída diretamente ao aumento no fluxo de energia emitida pelo Sol

20 Prof. Dr. Marcus Tullius Scotti A quantidade de energia recebida pela Terra é emitida A energia emitida se situa na região do infravermelho (IR) Algumas moléculas, como o CO 2, absorvem neste comprimento de onda e reemite novamente para a Terra Este efeito estufa natural explica o fato da temperatura estar próximo aos +15ºC ao invés de –15ºC O que preocupa os cientistas são os aumentos dos gases capazes de absorver no IR

21 Prof. Dr. Marcus Tullius Scotti Figura 2. Esquema de funcionamento do efeito estufa na troposfera terrestre.

22 Prof. Dr. Marcus Tullius Scotti Vibrações moleculares: absorção de energia pelos gases indutores do efeito estufa A luz é absorvida totalmente quando sua freqüência se iguala à freqüência do movimento interno de uma molécula Os movimentos relevantes para as freqüências na região do IR são as vibrações O movimento de vibração mais simples é o estiramento da ligação

23 Prof. Dr. Marcus Tullius Scotti Em cada segundo ocorre cerca de ciclos vibracionais A freqüência exata dependo do tipo de ligação (simples, dupla, tripla) e dos átomos envolvidos na ligação C-F possuí freqüência de estiramento entre 4 m a 50 m, IR térmico, contribuindo para o efeito estufa Um outro tipo relevante de vibração é a vibração de deformação angular Ocorre em moléculas com mais de 3 átomos

24 Prof. Dr. Marcus Tullius Scotti Os principais gases indutores do efeito estufa Dióxido de Carbono As moléculas de CO 2 absorvem 50% da luz IR térmica refletida Antes de 1750 a concentração de CO 2 era de 280 ppm Em 1998 a concentração de CO 2 passou para 365 ppm Anualmente, ocorre um aumento de 0,4% (1,5 ppm)

25 Prof. Dr. Marcus Tullius Scotti Figura 3. Tendências anuais da concentração de CO 2 atmosférico em anos recentes. O inserto ilustra as oscilações típicas ao longo dos anos.

26 Prof. Dr. Marcus Tullius Scotti Durante a primavera e o verão, com o aumento da vegetação, ocorre uma diminuição na concentração de CO 2 Processo de fotossíntese: CO 2 + H 2 O O 2 + CH 2 O polimérico Grande parte do aumento das contribuições antropogênicas do CO 2 se deve à queima de combustíveis fósseis Nos países industrializados, cada cidadão é responsável pela emissão de kg de CO 2 por ano

27 Prof. Dr. Marcus Tullius Scotti Nos países em desenvolvimento, cada indivíduo gera cerca de 500 kg de CO 2 por ano Os desmatamentos e a queima das árvores contribuem com 25% da emissão antropogênica do CO 2 O tempo de vida do CO 2 é complexo: - Após a sua emissão ela pode ser incorporada na água do mar ou em uma planta - Após alguns anos elas retornam ao ambiente - O único sumidouro permanente são as águas profundas do oceano (CaCO 3 )

28 Prof. Dr. Marcus Tullius Scotti 56% das emissões de CO 2 ocorridas nas últimas décadas ainda estão no ar A capacidade das águas superficiais dos oceanos de absorver o CO 2 pode diminuir com o aumento da temperatura O aumento da temperatura do ar também deve aumentar a quantidade de CO 2 na atmosfera devido o aumento da decomposição da matéria orgânica

29 Prof. Dr. Marcus Tullius Scotti Figura 4. Fluxos anuais de CO 2 antropogênico para dentro e para fora da atmosfera verificados para meados dos anos 80, em unidades de gigatoneladas de carbono.

30 Prof. Dr. Marcus Tullius Scotti A elevação do índice de crescimento de alguns tipos de árvores devido ao aumento da concentração CO 2 é denominado de fertilização por CO 2 O aumento da biomassa das florestas temperadas setentrionais Nos anos 70 e 80 as florestas européias acumularam cerca de 100 milhões de toneladas de CO 2 O ciclo global do CO 2 ainda não está totalmente esclarecido

31 Prof. Dr. Marcus Tullius Scotti Vapor de água As moléculas de vapor de H 2 O podem absorver luz IR térmica Considerando a quantidade de H 2 O(g) existente, pode-se dizer que esta representa o gás estufa mais importante na atmosfera A H 2 O líquida presente nas nuvens também absorvem IR térmico - Nuvens situadas à baixas altitudes refletem mais luz solar do que absorve - Nuvens situadas à altas altitudes absorvem mais luz solar do que refletem

32 Prof. Dr. Marcus Tullius Scotti Outras substâncias que afetam o aquecimento global Tabela. Resumo da informação sobre alguns gases indutores do efeito estufa

33 Prof. Dr. Marcus Tullius Scotti Gases traços: Tempo de resistência atmosférico O impacto de uma substância depende do tempo em que esta permanece na atmosfera T médio =C/R T médio = tempo de residência C = quantidade atmosférica total R = taxa média de aporte ou remoção

34 34 Dióxido de Carbono CO 2 As moléculas de CO 2 absorvem 50% da luz IR térmica refletida Antes de 1750: 280 ppm Em 1998: 365 ppm Anualmente: aumento de 0,4% (1,5 ppm)


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