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EFEITOS CLIMÁTICOS DOS AEROSSÓIS ATMOSFÉRICOS E A QUEIMA DA BIOMASSA Reginaldo Rosa Cotto de Paula Universidade Federal do Espírito.

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1 EFEITOS CLIMÁTICOS DOS AEROSSÓIS ATMOSFÉRICOS E A QUEIMA DA BIOMASSA Reginaldo Rosa Cotto de Paula Universidade Federal do Espírito Santo 2005

2 INTRODUÇÃO As emissões antropogênicas dos aerossóis atmosféricos tem aumentado significativamente nos últimos 156 anos, podendo causar vários impactos ambientais, que incluem...

3 EFEITOS ADVERSOS A SAÚDE HUMANA Partículas da moda grossa (2,0 m d ap 100 m): Partículas com d ap 10 m: retidas no nariz e nasofaringe e eliminadas através da tosse, espirros e aparelho mucociliar. Partículas com d ap 10 m ficam retidas nas vias aéreas superiores e podem ser depositadas na árvore traqueobrônquica. Partículas da moda fina (0,001 m d ap 2,0 m): Podem causar alterações nos tecidos pulmonares, aumentando o agravamento das doenças cardiopulmonares. Partículas ultrafinas: Depositam se nos alvéolos pulmonares e podem contribuir para deteorização da saúde.

4 REDUÇÃO DA VISIBILIDADE Source: Artaxo, Bacia Amazônica Dia limpo Visibilidade ~ ? ? ? km CCN ~ 50 – 200 cm -3 BC ~ 0,1 – 0,2 mg m -3 Dia poluído Visibilidade ~ 800 m CCN ~ 3000 – 6000 cm -3 BC ~ 7 – 20 mg m -3

5 Ji-Paraná – Rondônia Dia poluído Dia limpo Source: Procópio, 2003

6 Os aerossóis atmosféricos podem agir como CCN (cloud condensation nuclei) durante o processo de formação das nuvens. Mudanças na micro-física, micro-química e propriedades ópticas das nuvens. Primeiro Efeito Indireto Redução no raio das gotículas de nuvens + mais gotículas = aumento no albedo (Twomey, 1977). Segundo Efeito Indireto Redução na precipitação Aumento na cobertura de nuvens Aumento no tempo de residência (IPCC, 2001). More CCN Smaller CN Polluted cloudClean cloud Drizzle EFEITO INDIRETO DOS AEROSSÓIS

7 Espalhamento e absorção da radiação de onda curta e de onda longa. EFEITO DIRETO DOS AEROSSÓIS

8 Absorção + SW (negative forcing) (negative forcing) - F + F (positive forcing) TOA Surface Espalhamento Ex.:Sulfatos, nitratos e orgânicos Ex.: Black carbon (fuligem)

9 EFEITOS CLIMÁTICOS DOS GEF E AEROSSÓIS Gases de efeito estufa podem causar uma forçante positiva (aquecimento) e os cientistas tem um bom conhecimento de como eles causam as mudanças climáticas. O EDA é umas das principais incertezas nos estudos climáticos. A comunidade científica entende muito pouco de como os aerossóis podem causar alterações no sistema climático. O efeito direto dos aerossóis podem ter uma forçante negativa (resfriamento) que varia de 0 a 2,5 Wm -2, exceto no caso do black carbon.

10 O AEROSSOL ATMOSFÉRICO Os aerossóis são definidos como partículas sólidas ou líquidas em suspensão em um gás. Aerossóis de origem primária: sal marinho, aerossol mineral, poeira vulcânica, fuligem (black carbon), etc. Aerossóis secundários: aerossol sulfato e nitratos. Fontes naturais: erupções vulcânicas, poeiras provenientes do solo, vegetação (aerossol biogênico), etc. Fontes antropogênicas: queima de combustíveis fósseis, mudanças do uso da terra e a queima da biomassa.

11 CICLO DE VIDA DOS AEROSSÓIS NA ATMOSFERA Emissões veiculares Indústrias Queima biomassa SO 2, NO x, Orgânicos Oxidação, Nucleação Ativação fuligem, orgânicos, poeira, sal marinho CCN Aerossol secundário Aerossol primário Condensação, crescimento, Coagulação Remoção

12 AS PROPRIEDADES FÍSICAS, QUÍMICAS E ÓPTICAS DOS AEROSSÓIS Um grande número de propriedades dos aerossóis são importantes para descrever o seu papel nos processos atmosféricos. Concentração, sua massa, seu tamanho, composição química e propriedades ópticas.

13 DISTRIBUIÇÃO DE TAMANHO O estudo da distribuição de tamanho dos aerossóis é importante pois… Tempo de residência atmosférico, efeitos ambientais (formação de nuvens, degradação da visibilidade). Identificação das propriedades químicas e ópticas, fontes de origem e danos a saúde humana. As variações na distribuição de tamanho dos aerossóis fortemente influencia as propriedades radiativas dos aerossóis.

14 DISTRIBUIÇÃO DE TAMANHO DOS AEROSSÓIS NA ATMOSFERA Representação esquemática da distribuição da área superficial dos aerossóis, Whitby e Cantrell (1976).

15 A COMPOSIÇÃO QUÍMICA DOS AEROSSÓIS A composição química dos aerossóis reflete a sua fonte de origem e seus precursores. Pode-se identificar: propriedades ópticas, impactos ambientais, efeitos na qualidade do ar e na saúde humana.

16 Composição química elementarFontes Material carbonáceoPartículas de fuligem primárias emitidas durante os processos de combustão e material orgânico secundário formado na atmosfera. Queima de combustíveis fósseis em motores de combustão interna e queima da biomassa. Partículas emitidas: carbono orgânico e principalmente carbono elementar (black carbon). SulfatoAerossol secundário formado pela conversão do vapor do ácido sulfúrico, devido à oxidação atmosférica do SO 2 e seus precursores (sulfato dimetil) para sulfato. NitratoAerossol secundário formado pela conversão do vapor de ácido nítrico, devido à oxidação atmosférica do N 2 para nitrato. AmôniaAerossol secundário proveniente das emissões de amônia, principalmente na agricultura, que reage na atmosfera com ácidos sulfúricos e nitratos. Está presente na atmosfera principalmente como sulfato amônia e nitrato amônia. Magnésio e compostos de sódioProveniente do sal removido do gelo de rodovias e principalmente do spray marinho. Potássio e compostos de cálcioAssociados com rochas e solos e entram na atmosfera principalmente por processos de re-suspensão e erosão. CloroAs principais fontes são o sódio e o sal-marinho. Pode também ser originado durante a queima de carvão e processos de incineração. Material biogênicoEmitido de fontes biológicas. A vegetação florestal é a principal fonte. Composta de diferentes partículas: polens, bactérias, esporos, fungos, algas, etc. COMPOSIÇÃO QUÍMICA DOS AEROSSÓIS

17 AS PROPRIEDADES ÓPTICAS DOS AEROSSÓIS ATMOSFÉRICOS Importantes para avaliar a influência dos aerossóis nas mudanças climáticas. Propriedades ópticas: coeficientes de extinção, absorção e espalhamento, fator de assimetria, espessura óptica dos aerossóis, função de fase, etc. As propriedades ópticas dos aerossóis apresentam uma variabilidade espacial e temporal (Masmoudi et al., 2003). Variabilidade temporal esta relacionada com os diferentes processos de escalas atmosféricos (Ristori et al., 2003). Variabilidade espacial é associada com eventos locais e regionais de emissões naturais e antropogênicas (Ristori et al., 2003).

18 FORÇANTE RADIATA DIRETA DOS AEROSSÓIS O termo forçante radiativa tem sido empregado para denotar uma perturbação externa no balanço líquido da energia radiativa do sistema climático da Terra (IPCC, 1996). Os aerossóis antropogênicos podem espalhar e absorver a radiação de onda curta e onda longa, portanto, eles perturbam o balanço de energia do sistema superfície-atmosfera, e assim, exercem uma forçante radiativa direta.

19 AS PROPRIEDADES RADIATIVAS DOS AEROSSÓIS Coeficiente de extinção Espessura óptica dos aerossóis Albedo espalhamento simples

20 Fração do espalhamento para cima Dependência com o raio da partícula e ângulo de zênite solar Relação entre a fração do espalhamento para cima e o hemisfério da partícula como função do ângulo de zênite solar. Fração de luz que é espalhada pela partícula acima de seu horizonte local.

21 MODELAGEM DO EFEITO DIRETO DOS AEROSSÓIS – MODELOS BOX A FRD dos aerossóis é dada por:

22 EQUAÇÃO DE TRANSFERÊNCIA DE ENERGIA RADIATIVA: Aplicação da conservação da energia num meio que absorve, espalha e emite a radiação térmica. Forma integral da ETR Forma diferencial da ETR MODELAGEM NUMÉRICA DO EFEITO RADIATIVO DIRETO DOS AEROSSÓIS

23 A QUEIMA DA BIOMASSA Nas regiões tropicais tem ocorrido um aumento significativo das emissões de aerossóis provenientes dos incêndios naturais sazonais ou intencionais. A queima da biomassa é uma prática comum para converter a vegetação em campos de pastagem, removê-la para promover a agricultura e na eliminação de resíduos após as colheitas. A fumaça da queima da biomassa pode causar perturbação no balanço de radiação local, regional e até global. O maior percentual de aerossóis produzidos pela queima de biomassa é de partículas com d ap 2,0 m, em proporção de aproximadamente 90% (EPA, 1998a).

24 AS QUEIMADAS NAS REGIÕES DA AMAZÔNIA E DE CERRADO BRASILEIRO Amazônia: 5,5 milhões de km 2, taxa de desflorestamento: 20 – km 2 por ano. Concentrações de aerossóis variam de 5-12 g/m 3 sem influência das queimadas para 500 g/m 3 em regiões afetadas pela queima da biomassa. Cerrado: 2,0 milhões de km 2, 22% do território nacional, 40% de sua extensão atualmente são transformados em pastagens cultivadas e agricultura intensiva. O atual conhecimento científico é insuficiente para avaliar quais os impactos ambientais causados pelas mudanças climáticas relacionadas às atividades antropogênicas.

25 A Amazônia é uma região de meteorologia com intensa atividade convectiva (Greco et al., 1990). A fumaça de queimadas cobre áreas de milhões de km 2

26 Tipo de partículaFontes e composição Aerossol biogênico primárioEmitidos pela vegetação. Partículas da moda grossa (d ap 2,5 m). Pólens, esporos, bactérias, fungos, etc. Elementos associados: P, S e Zn Aerossol biogênico secundário Formados pela conversão de gases biogênicos a partículas. Compostos principalmente por partículas da moda fina (0,001 m d ap 2,5 m). Poeira mineralMudanças do uso da terra. Elementos associados: Al, Si, Mg, Fe, Ti e Cl. Aerossol marinhoSal do mar. Principal componente: Cl Aerossol da queima da biomassa Incêndios sazonais e antropogênicos. Principal elemento é o black carbon. Outros: MPF, K, Cl, Zn, etc. Predominância de partículas com d ap 2,5 m. Mecanismos de geração de aerossóis na Região Amazônica

27 Poeira do Sahara Cluster de fumaça Flaming Fumaça Smoldering Amazônia: Cluster Biogênico Tipos de aerossóis encontrados na Amazônia

28 Superfície: - 23±2 w/m² Topo: - 7±1 w/m² Atmosfera: + 16±2 w/m² INDOEX Forçante média para céu limpo superfície: oceano AOT ( =0.3 em 630 nm); média 24 horas Jan-Mar 99 superfície: vegetação AOT ( =0.95 em 500nm); média 24 horas 7 anos (93-95, Ago-Out) Topo: - 10 w/m² Atmosfera: + 28 w/m² Superfície: - 38 w/m² Amazônia Forçante média para céu limpo Aline ProcópioRamanathan, 2000

29 Impactos ambientais devido o aumento significativo das emissões dos aerossóis Aumento das concentrações de CCN; Supressão da formação de nuvens baixas; Redução da radiação solar que atinge a superfície; Significativa redução da visibilidade; Aumento nos valores da forçante radiativa na superfície (negativa) e na atmosfera (positiva).


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