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UNIVERSIDADE FEDERAL DO ESPÍRITO SANTO PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA AMBIENTAL Monitoramento da Qualidade do Ar Composição da Atmosfera, Ciclos.

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1 UNIVERSIDADE FEDERAL DO ESPÍRITO SANTO PROGRAMA 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 Prof o Dr. Neyval Costa Reis Junior

2 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

3 Distribuição da Atmosfera

4 Distribuição de Temperatura pela Atmosfera Lora (2002)

5 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 moleculas/cm 3. Em termos de comparação, no nível do mar este parâmetro tem um valor médio de 2,5 x 10 9 moléculas/cm 3

6 Distribuição da Atmosfera de acordo com a movimentação do ar

7 Atmosfera Lora (2002)

8 Composição da Atmosfera N 2 78,09% O 2 20,94% Ar0,93% CO 2 0,0315% Ne0.0018% He % CH % Kr0,00010% NO x 0,00005% H % Xe % Vapores % Orgânicos Composição do ar limpo em volume

9 Ar limpo X Ar contaminado POLUENTECONCENTRAÇÃO (ppb) AR LIMPOAR CONTAMINADO SO 2 1 – CO NO0,01 – 0, NO 2 0,1-0, O3O

10 Ciclo do carbono Ciclos Globais – Ciclo do Carbono

11 Ciclos Globais – Ciclo do Nitrogênio Lora (2002)

12 Ciclos Globais – Ciclo do Enxofre Lora (2002)

13 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

14 Tempo de Residência / Conservação de massa semana

15 Tempo de Residência Para composto radioativo Para compostos com mais de dois processos de deposição :

16 Tempo de Residência Para compostos reativos OH + A Produtos k= constante de velocidade da reação

17 Tempo de Residência Tratamento considerando tipos de fontes e sumidouros P i n = emissões naturais P i a = emissões antropogênicas P i c = reações químicas R i d = deposição seca R i w = deposição úmida R i c = reações químicas R i t = transporte para a estratosfera } } PiPi RiRi

18 Tempo de Residência

19

20 Compostos atmosféricos 1- Compostos contendo enxofre 2- Compostos contendo nitrogênio 3- Compostos contendo carbono 4- Compostos contendo halogênio 5- Ozônio

21 Compostos contendo Enxofre COS CS 2 (CH 3 ) 2 S, CH 3 SH, (CH 3 ) 2 S 2 (compostos reduzidos de enxofre) H 2 S SO 2 SO 3 SO 4 2-

22 Compostos contendo Enxofre

23

24 Compostos contendo Enxofre - Fontes Naturais Degradação biológica Emissões vulcânicas Oceanos Antropogênicas Queima de combustíveis fósseis Oxidação de minerais sulfurosos, para obtenção de Cu, Pb e Zn Processos de refino de petróleo Indústria de celulose Estações de tratamento de esgoto

25 Compostos contendo Enxofre - Efeitos

26 Compostos contendo Nitrogênio NO NO 2 N 2 O N 2 O 3, N 2 O 4, NO 3, N 2 O 5 PAN (CH 3 COOONO 2 ) NH 3 Sais de NO 3 -, NO 2 -, NH 4 + } } NO x NO y

27 Compostos contendo Nitrogênio - Fontes Naturais Relâmpagos Atividade microbiana no solo Oxidação da amônia (para compostos de N em estado de oxidação elevado) Processos fotolíticos ou biológicos nos oceanos Antropogênicas Queima de combustíveis fósseis e de biomassa Processos químicos industriais Estações de tratamento de esgoto

28 Compostos contendo Nitrogênio - Efeitos São os precursores dos oxidantes fotoquímicos, como ozônio e PANs (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 NO 2 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 (O 3 ) troposférico em cerca de 100 a 200 vezes em relação ao ar não poluído. O O 3 troposférico causa graves problemas respiratórios, destrói a flora e materiais duráveis. Além dos danos à saúde o NO x é ainda responsável pela chuva ácida e smog fotoquímico.

29 Compostos contendo Carbono -CO -CO 2 -Hidrocarbonetos -Aldeídos -Cetonas -Solventes clorados -Substâncias refrigerantes } COVs

30 Compostos contendo Carbono - COVs

31 COVs e concentrações

32 Compostos contendo Carbono - Fontes Naturais Florestas Pastagens Antropogênicas Veículos Indústria de petróleo Solventes Produção de gás natural Carvão (Centrais termoelétricas e indústria)

33 Fontes e Dissipadores de CO

34 Fontes e dissipadores de metano (CH 4 )

35 Compostos emitidos pela vegetação

36 Fontes (emissões vulcânicas, queimadas e queima de carvão) STERN (1984)

37 Compostos contendo Carbono - Efeitos

38 Compostos contendo Halogênios Halocarbonos Clorofluorcarbonos (CFCs) Hidroclorofluorcarbonos (HCFCs) Hidrofluorcarbonos (HFCs) Perhalocarbonos Halons

39 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)

40 Compostos contendo Halogênios

41 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.

42 Compostos contendo Halogênios - Efeitos

43 Ozônio na atmosfera

44 Ozônio X NO x

45 Ozônio X Compostos de nitrogênio X HC

46 Ozônio X Compostos de nitrogênio

47 Efeitos dos poluentes na saúde humana

48 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 células giram e se dobram e então se tornam redondas, sem poder nadar. Melanona maligno do dedo do Pé campanha australiana contra o câncer.

49 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.

50 Poluentes Primários e secundários na atmosfera

51 Principais fontes de poluentes atmosféricos

52 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, 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.


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