Prof. M.Sc. Hamilton Ishiki Prof. Dr. Marcus Tullius Scotti Prof. A POLUIÇÃO DA ESTRATOSFERA mtscotti@gmail.com

Prof. M.Sc. Hamilton Ishiki A diminuição global do O3 estratosférico Durante os anos 80 houve uma diminuição geral na concentração O3 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 H2SO4 Os vulcões emitem SO2 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 O3

Prof. M.Sc. Hamilton Ishiki 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

Prof. M.Sc. Hamilton Ishiki No Canadá, entre 1989 e 1993, os níveis de radiação UV-B foram: - 5% maiores no inverno - 2% maiores no verão A depleção do O3 aumentou significativamente após a erupção do Monte Pinatubo

Prof. M.Sc. Hamilton Ishiki Compostos químicos que destroem o O3 * 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.

Prof. M.Sc. Hamilton Ishiki 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

Prof. M.Sc. Hamilton Ishiki Alguns exemplos: CFC-12 (CF2Cl2) - usado como fluído circulante em refrigeradores, ar condicionado para automóveis CFC-11 (CFCl3) - usado como isolante em refrigeradores, congeladores, edifícios CFC-13 (CF2Cl-CFCl2) - usado para limpar graxas, cola e resíduos de placas de circuitos eletrônicos

Prof. M.Sc. Hamilton Ishiki Como não possuem sumidouro troposférico, as moléculas de CFCs atingem a estratosfera Na estratosfera são ativados segundo a reação: CF2Cl2 + UV-C  CF2Cl• + Cl• O tempo de vida atmosférico médio são de: - 60 anos para o CFC-11 - 105 anos para o CFC-12 O CFC-11 é decompostos em latitudes inferiores, onde a concentração de O3 é maior

Prof. M.Sc. Hamilton Ishiki 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

Prof. M.Sc. Hamilton Ishiki Os substitutos dos CFCs são denominados de HCFCs Um composto largamente utilizado é o CHF2Cl (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 O3 15% maior do que o CFC-11 A longo prazo, este potencial é 5% menor do que o CFC-11

Prof. M.Sc. Hamilton Ishiki 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

Prof. M.Sc. Hamilton Ishiki Compostos que contêm Bromo e Iodo Substâncias que possuem Bromo sem Hidrogênio são denominados de halons (CF3Br e CF2BrCl) São utilizados em extintores de incêndios Estes compostos são decompostos por via fotoquímica produzindo Bromo e Cloro, que catalisam a destruição do O3

Prof. M.Sc. Hamilton Ishiki 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 O3 Gradativamente os CFCs estão sendo eliminados A primeira reunião, em Montreal, em 1987, culminou no Protocolo de Montreal

Prof. M.Sc. Hamilton Ishiki 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)

Prof. M.Sc. Hamilton Ishiki 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

EFEITO ESTUFA

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

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 (O3, O2, CO2 e H2O) 30% da luz é refletida

Uma parte do aumento de temperatura pode ser atribuída diretamente ao aumento no fluxo de energia emitida pelo Sol Figura 1. Temperatura global média da superfície, relativa à média no período entre 1880-1920 desde 1860.

A quantidade de energia recebida pela Terra é emitida A energia emitida se situa na região do infravermelho (IR) Algumas moléculas, como o CO2, 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

Figura 2. Esquema de funcionamento do efeito estufa na troposfera terrestre.

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

Em cada segundo ocorre cerca de 1013 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

Os principais gases indutores do efeito estufa Dióxido de Carbono As moléculas de CO2 absorvem 50% da luz IR térmica refletida Antes de 1750 a concentração de CO2 era de 280 ppm Em 1998 a concentração de CO2 passou para 365 ppm Anualmente, ocorre um aumento de 0,4% (1,5 ppm)

Figura 3. Tendências anuais da concentração de CO2 atmosférico em anos recentes. O inserto ilustra as oscilações típicas ao longo dos anos.

CO2 + H2O  O2 + CH2O polimérico Durante a primavera e o verão, com o aumento da vegetação, ocorre uma diminuição na concentração de CO2 Processo de fotossíntese: CO2 + H2O  O2 + CH2O polimérico Grande parte do aumento das contribuições antropogênicas do CO2 se deve à queima de combustíveis fósseis Nos países industrializados, cada cidadão é responsável pela emissão de 5.000 kg de CO2 por ano

Nos países em desenvolvimento, cada indivíduo gera cerca de 500 kg de CO2 por ano Os desmatamentos e a queima das árvores contribuem com 25% da emissão antropogênica do CO2 O tempo de vida do CO2 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 (CaCO3)

56% das emissões de CO2 ocorridas nas últimas décadas ainda estão no ar A capacidade das águas superficiais dos oceanos de absorver o CO2 pode diminuir com o aumento da temperatura O aumento da temperatura do ar também deve aumentar a quantidade de CO2 na atmosfera devido o aumento da decomposição da matéria orgânica

Figura 4. Fluxos anuais de CO2 antropogênico para dentro e para fora da atmosfera verificados para meados dos anos 80, em unidades de gigatoneladas de carbono.

A elevação do índice de crescimento de alguns tipos de árvores devido ao aumento da concentração CO2 é denominado de fertilização por CO2 O aumento da biomassa das florestas temperadas setentrionais Nos anos 70 e 80 as florestas européias acumularam cerca de 100 milhões de toneladas de CO2 O ciclo global do CO2 ainda não está totalmente esclarecido

Vapor de água As moléculas de vapor de H2O podem absorver luz IR térmica Considerando a quantidade de H2O(g) existente, pode-se dizer que esta representa o gás estufa mais importante na atmosfera A H2O 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

Outras substâncias que afetam o aquecimento global Tabela. Resumo da informação sobre alguns gases indutores do efeito estufa

Gases traços: Tempo de resistência atmosférico O impacto de uma substância depende do tempo em que esta permanece na atmosfera Tmédio=C/R Tmédio = tempo de residência C = quantidade atmosférica total R = taxa média de aporte ou remoção

Dióxido de Carbono CO2 As moléculas de CO2 absorvem 50% da luz IR térmica refletida Antes de 1750: 280 ppm Em 1998: 365 ppm Anualmente: aumento de 0,4% (1,5 ppm)