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Disciplina: ACA 225 - Licenciatura em Geociências Prof Fabio L T Gonçalves

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Apresentação em tema: "Disciplina: ACA 225 - Licenciatura em Geociências Prof Fabio L T Gonçalves"— Transcrição da apresentação:

1 Disciplina: ACA Licenciatura em Geociências Prof Fabio L T Gonçalves

2 Objetivos –Proporcionar aos estudantes uma visão do ensino de ciências da Terra através da aplicação dos conceitos dos diversos campos da Física e sua manipulação matemática. –Proporcionar aos estudantes uma visão do ensino de ciências da Terra através da aplicação dos conceitos dos diversos campos da Física e sua manipulação matemática. Ementa

3 Formação da atmosfera e do oceano As teorias sobre como se formaram a atmosfera e o oceano devem começar com a teoria da origem do planeta Terra. ~ 4,6 bilhões de anos (4,6 Ga) Acresção de planetesimais Choque com um planeta proximo ao tamanho de Marte e formação da Lua

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5 TERRA Heterogênea e dinâmica Sucessivas diferenciações após a acresção 1- Fusão do Fe e formação do núcleo terrestre 2- início do vulcanismo e da tectônica de placas (sucessivas fusões e solidificações de materiais do manto) formando a crosta continental e oceânica e as esferas fluidas atmosfera e hidrosfera 3- Água na Terra e as marés

6 A primeira atmosfera (se é que existiu...): Composição: provavelmente H 2 e He (materiais mais abundantes no Sistema Solar) Esses gases são relativamente raros na atmosfera da Terra comparados a outras localidades no universo e, possivelmente foram perdidos para o espaço no início da história da Terra devido ao fato de que a gravidade terrestre não ser intensa o suficiente para reter os gases mais leves e pela intensa radiação solar. Kasting, 1993

7 Atmosfera Secundária Gerada a partir dos compostos voláteis contidos nos planetesimais a partir dos quais a Terra foi formada. A liberação destes compostos voláteis foram provocadas por: –Impactos entre planetesimais (durante o período de acresção que durou entre 10 a 100 milhões de anos) –Erupções vulcânicas (iniciado no período de diferenciação) Kasting, _billion_years/first_billion_years.html

8 A segunda atmosfera Produzida pela emissão de gases de atividade vulcânica. Os gases emitidos por três vulcões hoje são mostrados na tabela abaixo (%): Além disso também eram emitidos N 2, CH 4 e H 2 Nota-se que não há emissão de O 2 (oxigênio livre) ars.html

9 Composição Atmosférica de outros planetas

10 Origem dos oceanos Ao final do período de acreção, com o resfriamento da superfície da Terra (há 4,6 Ga), o vapor dágua contido na atmosfera pôde condensar, formando um oceano (Kasting, 1993) que cobria a Terra inteira, ou seja, não exitiam os continentes (Suguio e Suzuki, 2003). Há teorias que consideram que parte da água veio de outros corpos celestes que impactaram na Terra.

11 APÓS A DIFERENCIAÇÃO INTERNA T do planeta T do planeta condensação de H 2 O com absorção de CO 2 condensação de H 2 O com absorção de CO 2 enriquecimento relativo em N 2 enriquecimento relativo em N 2 início do ciclo da água, carregando para os oceanos o CO 2 da atmosfera e o Ca do intemperismo das rochas da crosta continental, início do ciclo da água, carregando para os oceanos o CO 2 da atmosfera e o Ca do intemperismo das rochas da crosta continental, deposição de calcários nos fundos marinhos deposição de calcários nos fundos marinhos

12 Origem da vida Grandes impactos terminaram há ~3,8 Ga. (um grande impacto poderia evaporar completamente o oceano, esterilizando o planeta) Há evidências da presença de estromatólitos (do grego strôma, "o que cobre" ou "tapete", e líthos, pedra), formado por bacterias há 3,5 - 3,7 Ga. Assim, a vida deve ter se originado entre 4 e 3,5 Ga.

13 Composição e Evolução da Atmosfera T ppt do vapor d´água a atmosfera torna-se suficientemente transparente (há mais de 3,5 Ga) a luz solar começa a chegar com mais intensidade à superfície T ppt do vapor d´água a atmosfera torna-se suficientemente transparente (há mais de 3,5 Ga) a luz solar começa a chegar com mais intensidade à superfície

14 E o oxigênio? Uma importante questão é como foi processada a adição de O 2 livre na atmosfera, que hoje é da ordem de ~21%. A produção do oxigênio: 1. Dissociação fotoquímica

15 A fotólise do vapor d´água e do dióxido de carbono, por radiação ultravioleta e possivelmente relâmpagos, produzem hidroxila (OH) e oxigênio atômico, respectivamente, que, então, se recombinam, produzindo oxigênio em pequenas quantidades. Este processo produziu oxigênio na atmosfera primitiva antes do processo de fotossíntese se tornar dominante. Os átomos de hidrogênio formados nestas reações são leves e uma pequena fração escapa para o espaço, possibilitando um pequeno acúmulo de O 2. olution_atm/index.html#evolution

16 2. Fotossíntese A maior produção de oxigênio se deu pelo processo de fotossíntese: 6CO 2 + 6H 2 O C 6 H 12 O 6 + 6O 2 6CO 2 + 6H 2 O C 6 H 12 O 6 + 6O 2 Onde o dióxido de carbono e água, na presença de luz, produzem matéria orgânica e oxigênio. Inicialmente, este processo foi realizado pelas cianobactérias (microorganismos que têm estrutura celular que corresponde a célula de uma bactéria. São fotossintetizadoras, apresentando fotossistemas, mas sem estar organizados em cloroplastos, como as plantas). fotossíntese grande consumo de CO 2 da atmosfera e liberação de O 2 em quantidade ( primeiro lixo da biosfera ) fotossíntese grande consumo de CO 2 da atmosfera e liberação de O 2 em quantidade ( primeiro lixo da biosfera )

17 Estromatólitos Estromatólito do Proterozóico Inferior, Bolívia Uma das definições mais aceitas atualmente caracteriza os estromatólitos como estruturas organo- sedimentares produzidas pelo aprisionamento, retenção e/ou precipitação de sedimentos resultante do crescimento e da atividade metabólica de microorganismos, principalmente cianofíceas (algas verdes-azuis, bacterias) Walter, M. R Glossary of selected terms. In Walter, M. R. (ed.), Stromatolites. Developments in Sedimentology, 20 :

18 Estromatólito atual Australia

19 Estromatólitos Estromatólitos (desde 3,7 Ga): testemunhos da atividade de cianobactérias, fotossintetizadoras, que provocam a precipitação de CaCO 3 (há equivalentes atuais na Austrália e na Flórida etc.). Os + antigos são australianos. A freqüência dos estromatólitos aumentou a partir de 2,2 a 2,3 Ga, mantendo-se abundantes até 550 Ma.

20 Estromatólitos Estromatólito de Sharks Bay, Australia, com um corte transversal ao sentido de crescimento da estrutura e um detalhe da cianobactéria que constrói a feição. Imagem de

21 Produção X Consumo de O 2 a produção de oxigênio é feita exclusivamente pela fotossíntese; outros processos como a fotólise da água na alta atmosfera, não são importantes quantitativamente o consumo de oxigênio ocorre por fenômenos biológicos (respiração dos seres vivos) e geológicos (intemperismo de rochas envolvendo reações de oxidação e oxidação de gases vulcânicos reduzidos) o oxigênio liberado foi utilizado para oxidar os materiais geológicos (registros sedimentares) e também para formar O 3 na alta atmosfera (registros biológicos).

22 Grandes momentos da evolução do O na atmosfera –há ~ de 2,7 Ga (materiais geológicos já oxidados) acumulação absoluta de oxigênio na atmosfera –há ~ de 1,8 Ga a camada de ozônio começou a formar-se (filtragem da radiação UV) –por volta de 500 Ma (início da era Paleozóica), torna-se possível a ocupação continental pela vida –somente há cerca de 400 Ma o teor em O 2 e em O 3 atingiu os níveis normais (entre 20 e 30%)

23 Composição e Evolução principal traço da evolução: diminuição de CO 2 e aumento de O 2 e O 3 o oxigênio livre está ausente nos outros planetas (admite-se que apenas os seres vivos são capazes de produzi-lo e que jamais houve outros sistemas produtores de O 2 em quantidades importantes)

24 Evolução da atmosfera A aquisição de oxigênio nas esferas externas da Terra (atmosfera e hidrosfera) ocorreu devido à atividade biológica (faz tempo que a Vida modifica o planeta...); instalou-se primeiro na hidrosfera (estromatólitos) e só depois na atmosfera (quando a fixação por processos no ambiente aquático não consumia todo o oxigênio produzido).

25 Acumulação de oxigênio produzido

26 Indícios geológicos de presença de oxigênio na atmosfera Rochas sedimentares oceânicas e continentais (tema Ciclo geológico externo)

27 Indícios geológicos e histórico da evolução do oxigênio na atmosfera Datações dos materiais terrestres e interpretações dos processos geológicos envolvidos (Tempo Geológico - datação relativa e absoluta)

28 Indícios geológicos sobre o oxigênio na atmosfera 1 - Camadas vermelhas (couches rouges - red beds) John Charlton, Kansas Geological Survey, Educational Resources Credit the Kansas Geological Survey for photos you use.URL=http://www.kgs.ku.edu/Images/DB/index.html Program updated Nov. 11, Photos added periodically, Kansas Geological Survey, Kansas Geological Survey

29 Indícios geológicos sobre o oxigênio na atmosfera 2 - Formações ferríferas bandadas (BIF) Banded iron formation, illustrating the alternating layers of magnetite and hematite (the red iron) and chert. Image from

30 Evolução da Composição da atmosfera terrestre

31 Composição da Atmosfera, Ciclos Biogeoquímicos e Tempos de Residência

32 Composição média da Atmosfera N2ON2O 310 H2H2 CO ppb CO 2 CH 4 (1.8) ppm 380 Ne 18 He (5) HCHO 300 Etano SO 2 NO x ppt NH CH 3 OOH 700 H2O2H2O2 500 HNO outros H 2 O Argonio 20% 78% 1% Oxigênio Nitrogênio Ozônio

33 Quais os elementos presentes na atmosfera? NitrogênioOxigênioCarbonoHidrogênioEnxofre Gases Nobres: He, Ne, Ar

34 E quais os principais elementos dos seres vivos? CICLOS BIOGEOQUÍMICOS (CICLAGEM DE NUTRIENTES) Nutrientes = elementos essenciais aos seres vivos

35 Ciclo biogeoquímico Movimento de um determinado elemento ou elementos químicos através da atmosfera, hidrosfera, litosfera e biosfera da Terra. Os caminhos percorridos ciclicamente entre o meio abiótico e biótico pela água e por elementos químicos conhecidos, como C, S, O, P, Ca e N

36 Ciclo da água

37 Ciclo do Carbono

38 Ciclo do Nitrogênio

39 O ciclo do Enxofre

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41 Interferência das atividades humanas sobre os ciclos biogeoquímicos

42 OXIDANTES, METAIS, AEROSSOL, SAIS, COMPOSTOS ORGÂNICOS, E AMÔNIA ATMOSFÉRICOS TRANSPORTE, DILUIÇÃO E REAÇÕES QUÍMICAS EMISSÃO DEPOSIÇÃO SECA DEPOSIÇÃO ÚMIDA REMOÇÃO O 3 H 2 O 2 HCOOH HCHO NO 2 /NO 3 - SO 2 /SO 4 2- HIDROCARBONETOS SO 2 NO NO 2 NH 3 PARTÍCULAS H 2 SO 4 HNO 3 H 2 O 2 (NH 4 ) 2 SO 4 NH 4 NO 3 MATERIAL PARTICULADO, O 3, H 2 O 2, NO X /SO 2 (NH 4 ) 2 SO 4 NH 4 NO 3 Processos e compostos envolvidos na poluição do ar.

43 Aspectos históricos Poluição atmosférica em centros urbanos

44 Historicamente A preocupação com o ar que respiramos não é um fenômeno recente Comparing the air of cities to the air of deserts and arid lands is like comparing waters that are befouled and turbid to waters that are fine and pure Moses Maimonides ( )

45 London Smog - Século 17 It is horrid smoke which obscures our Church and makes our palaces look old, which fouls our cloth and corrupts the waters, so as the very rain, and refreshing dews which fall in the several seasons, precipitate to impure vapour, which, with its black and tenacious quality, spots, contaminates whatever is exposed to it. John Evelyn - Século 13 Carvão substituiu a madeira no uso doméstico e industrial

46 smog = smoke + fog (poeira + neblina) Queima de carvão (Revolução industrial) – smog sulfuroso ou londrino Poluição urbana

47 O episódio de poluição atmosférica em Londres, 1952: relação entre concentração de fumaça e óbitos Smog sulfuroso

48 Episódio de poluição atmosférica em Londres, 1962: confirmado a presença de aerossóis contendo sais de sulfato e ácido sulfúrico

49 Smog de Los Angeles No final da década de 1940, um novo fenômeno de poluição do ar começou a ser observado na área de Los Angeles, EUA. Diferentemente do smog de Londres, o ar ambiente continha poluentes extremamente oxidantes e os eventos ocorriam em dias quentes com muita incidência de radiação solar.

50 smog = smoke + fog (poeira + neblina) Queima de carvão (Revolução industrial) – smog sulfuroso ou londrino Queima de combustíveis fosseis (veículos) – smog fotoquímico ou de Los-Angeles Poluição urbana

51 luz solar óxidos de nitrogênio e compostos orgânicos voláteis smog fotoquímico (castanho) smog industrial (cinzento) Fog ou ar úmido SO 2 e MP originados da queima de carvão a) smog industrial, ou smog cinza, ocorre quando carvão é queimado e a atmosfera está úmida (ex. Londres); b) smog fotoquímico, ou fumaça castanha, ocorre em presença de luz solar agindo sobre poluentes veiculares (ex. Los Angeles e São Paulo). ab

52 Smog na Cidade do México, devido localização geográfica e tráfego veicular. Donora, Pensilvânia - em outubro de 1944 foi cenário de um grande desastre de poluição de ar.

53 Smog fotoquímico em São Paulo (~1990). O gás de cor castanha, NO 2, é formado quando o NO, que é um gás incolor, reage com o oxigênio do ar. (P.W. Atkins, Atoms, Electrons, and Change, 1991) Smog fotoquímico

54 Comparação entre as características gerais da POLUIÇÃO DO AR Sulfurosa (Londres) e Fotoquímica (Los Angeles, São Paulo) (Finlayson-Pitts & Pitts, 1986). CaracterísticasSulfurosa (Londres) Fotoquímica (Los Angeles, São Paulo) reconhecimentoséculo 19século 20 (década de 40) Poluentes primáriosSO 2, partículas de fuligem NO x, compostos orgânicos Poluentes secundários H 2 SO 4, aerossóis, sulfatos, ácidos sulfônicos, etc. O 3, HNO 3, aldeídos, PAN (peroxiacetil nitrato), nitratos, sulfatos, etc. Temperatura frio ( 2 o C)quente ( 23 o C) Umidade relativaalta, com neblinabaixa, quente e seco Tipo de inversãoradiação (terra)subsidência Picos de poluiçãoinício da manhãinício da tarde

55 Poluentes atmosféricos: O 3 (ozônio) SO 2 (dióxido de enxofre) CO (monóxido de carbono) MP (material particulado) NO x (NO + NO 2, óxidos de nitrogênio) URBANIZAÇÃO e INDUSTRIALIZAÇÃO

56 Composição química da Atmosfera N2ON2O 310 H2H2 CO ppb CO 2 CH 4 (1.8) ppm 380 Ne 18 He (5) HCHO Etano SO 2 NO x ppt NH 3 CH 3 COOH H2O2H2O2 HNO outros H 2 O Argonio 20% 78% 1% O2O2 N2N2 O3O3 ppm = ppb = ppt =

57 Bibliografia Kasting, 1993: Earths early atmosphere, Science, 12 fevereiro Suguio e Suzuki, 2003: A evolucão geológica da Terra e a fragilidade da vida. rent/lectures/first_billion_years/first_billion_years.htmlhttp://www.globalchange.umich.edu/globalchange1/cur rent/lectures/first_billion_years/first_billion_years.html rent/lectures/samson/evolution_atm/index.html#evoluti on CETESB: Relatório da Qualidade do Ar

58 Bibliografia C. Baird. Química Ambiental, 2a.ed., Bookman, Porto Alegre, J.C. Rocha, A.H. Rosa, A.A. Cardoso, Introdução à Química Ambiental, Bookman, Porto Alegre, Brasseur, G.P., Orlando, J.J., Tyndall, G.S., Atmospheric Chemistry and Global Change, Oxford University Press, New York, J.H. Seinfeld e S. N. Pandis, "Atmospheric Chemistry and Physics: from air pollution to climate change", John Wiley & Sons, New York, (Associação Brasileira de Entidades Estaduais de Meio Ambiente)http://www.abema.org.br/


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