Prof. Dr. Marcelo de Paula Corrêa IRN/UNIFEI Mudanças climáticas, poluição atmosférica e os riscos para a saúde humana Prof. Dr. Marcelo de Paula Corrêa IRN/UNIFEI

Balanço de energia no sistema Terra-atmosfera

Efeito estufa

Absorção na atmosfera terrestre UV VIS IV 

Variações na temperatura da Terra nos últimos 20.000 anos

Temperaturas registradas desde 1850 e previsões até 2100 (IPCC)

Gases que causam o efeito estufa

Poluentes (CO) do ano 1000 ao 2100

Como as mudanças climáticas afetam o ser humano Adaptado de: WHO, 2003.

As mudanças climáticas e a saúde

Impactos causados pelas mudanças climáticas sobre a população mundial

Contribuições para o aquecimento global 27/06/2003 05/08/2003

Contribuições para o aquecimento global 27/06/2003 05/08/2003

Poluentes Definição: qualquer material presente no ar e que pela sua concentração possa tornar este ar impróprio, nocivo ou ofensivo a saúde, inconveniente ao bem estar público, danoso aos materiais, a fauna e a flora, ou prejudicial a segurança, ao uso e gozo da propriedade e as atividades normais da comunidade. Poluentes Primários: originados diretamente das fontes de emissão. Poluentes secundários: formados na atmosfera através da reação química entre poluentes primários e constituintes naturais da atmosfera.

Poluição no mundo

Fontes emissoras de poluentes

Classificação e métodos de determinação dos poluentes Compostos de Enxofre de Nitrogênio Orgânicos de Carbono Monóxido Comp. Halog. Material Particulado Ozônio SO2 SO3 H2S sulfatos NO NO2 NH3 HNO3 nitratos hidrocarb., álcoois, aldeídos, cetonas, ácidos orgânicos   HCI, HF, cloretos, fluoretos mistura compostos no estado sólido ou líquido Métodos de determinação dos poluentes Parâmetros Método de Medição Partículas inaláveis radiação Beta Dióxido de enxofre fluorescência de pulso (ultravioleta) Óxidos de nitrogênio quimiluminescência Monóxido de carbono infravermelho não dispersivo (GFC) Hidrocarbonetos cromatografia gasosa / ionização de chama Ozônio ultravioleta

Diminuição da emissão de poluentes

Diminuição da emissão de poluentes

Material Particulado (MP) e Partículas Inaláveis (PI) Poeiras, fumaças e todo o tipo de material sólido e líquido que se mantém suspenso na atmosfera por causa de seu pequeno tamanho. São provenientes da queima incompleta de combustíveis e de seus aditivos, veículos à diesel, fumaça de chaminés, resíduos industriais, suspensão de poeira do solo Servem de meio de transporte para outras substâncias, como hidrocarbonetos e metais, que se agregam às partículas. As PI mais grossas ficam retidas na parte superior do sistema respiratório, enquanto as mais finas, devido ao seu tamanho diminuto, podem atingir os alvéolos pulmonares.        Entre os sintomas relacionados com a inalação do MP estão as alergias, asma e bronquite crônica. Causa também irritação nos olhos e garganta, reduzindo a resistência às infecções.

Material Particulado (MP) e Partículas Inaláveis (PI)

Dióxido de Enxofre (SO2) Resulta da queima de combustíveis que contém enxofre, especialmente o óleo diesel. Em combinação com a água e o oxigênio do ar transforma-se em ácido sulfúrico e é um dos principais formadores da chuva ácida. Pode agravar doenças respiratórias preexistentes e também contribui para seu desenvolvimento. É irritante do sistema respiratório, provoca tosse, sensação de falta de ar, respiração curta, rinofaringites, diminuição da resistência orgânica às infecções, bronquite crônica e enfisema pulmonar. Por meio de medidas de controle, foi possível reduzir a concentração de SO2 para aproximadamente 30 mg/m3, chegando a níveis bem inferiores ao estabelecido pela Organização Mundial da Saúde - OMS, que é de 80 mg/m3. O controle de SO2, por esta razão, encontra-se estável.

Monóxido de Carbono (CO) Resultante da queima incompleta de combustíveis. Os efeitos da exposição de seres humanos ao CO estão associados à capacidade de transporte de oxigênio no sangue. O CO compete com o oxigênio na combinação com a hemoglobina no sangue, uma vez que sua afinidade com este gás poluente é 210 vezes maior do que com o oxigênio. Quando uma molécula de hemoglobina recebe uma molécula de CO forma-se a carboxihemoglobina, que diminui a capacidade do sangue de transportar oxigênio. A elevação dos índices de CO podem resultar em altos níveis de carboxihemoglobina no sangue, afetando a capacidade de trabalho e de exercício físico em pessoas sadias. Resultam também em efeitos cardiovasculares, agravando seriamente o quadro de portadores de doenças cardíacas. Os sintomas de intoxicação são: desconforto físico, náuseas, dor de cabeça, tontura, perda de concentração, dependendo da intensidade da exposição pode levar à morte em poucas horas ou minutos.

Oxidantes fotoquímicos POLUENTE O2 POLUENTES SECUNDÁRIOS Hidrocarbonetos Óxidos de nitrogênio Ozônio utilizado como parâmetro indicador da presença de oxidantes fotoquímicos na atmosfera

Óxidos de nitrogênio (NO e NO2) Hidrocarbonetos (HC) Gases e vapores resultantes da queima incompleta e evaporação de combustíveis (gasolina/diesel) e de outros produtos voláteis. São irritantes dos olhos, nariz, pele e trato respiratório superior. Além disso, diversos hidrocarbonetos como o benzeno são cancerígenos e mutagênicos, não havendo uma concentração ambiente totalmente segura. Óxidos de nitrogênio (NO e NO2) O NO tem a capacidade de se oxidar rapidamente (processo de combinação de uma substância com o oxigênio), formando o NO2 na cadeia fotoquímica e provocando o “smog” oxidante. É um gás extremamente irritante, capaz de produzir irritação dos olhos e nariz, além de provocar enfisema pulmonar..

Ozônio (O3) Ainda pouco conhecida, a poluição por ozônio tem características próprias. Enquanto a de outros poluentes está relacionada diretamente com a emissão das fontes, a do ozônio tem forte relação com fatores climáticos, tendo a sua formação favorecida pela incidência de luz solar e períodos longos de calmaria (falta de vento). Por ser um gás extremamente tóxico, pode causar sérios efeitos mesmo em baixa concentração. Provoca irritação dos olhos, nariz e garganta, envelhecimento precoce da pele, náusea, dor de cabeça, tosse, fadiga, aumento do muco, diminuição da resistência orgânica às infecções e agravamento de doenças respiratórias. Além disso, o gás tem forte ação corrosiva e reduz a vida útil dos materiais. Os efeitos da exposição ao ozônio são mais pronunciados durante exercícios físicos, quando pode ocorrer uma sensível redução da capacidade respiratória. Por esta razão, em dias muito poluídos não é recomendável praticar exercícios, principalmente entre às 13h00 e 16h00.       

Formação do ozônio troposférico As reações fotoquímicas envolvidas na formação do O3 troposférico Sào uma série de ciclos complexos nos quais o CO e os VOCs são oxidados em H2O e CO2. OH + CO → H + CO2 (oxidação começa com a reação do CO com o radical hidroxila) H + O2 → HO2 (o H formado reage rapidamente com o O2 formando um peróxido) Os peróxidos reagem com o NO resultando em NO2 que sofre fotólise formando oxigênio atômico, o qual reage com o O2 para formar O3: HO2 + NO → OH + NO2 NO2 + hν → NO + O O + O2 → O3 Basicamente, tem-se: CO + 2O2 → CO2 + O3 Este ciclo envolvendo HOx and NOx se encerra pela reação de OH com NO2 formando ácido nítrico, ou pela reação de peróxidos com outras formas de peróxidos.

Conseqüências para a saúde

Poluição X Mortes e internações Fonte: Avaliação do impacto na saúde da redução dos níveis de poluição no município de São Paulo SIP – Secr. Saúde de São Paulo

Conseqüências da emissão de poluentes para regiões da atmosfera mais distantes da superfície: A destruição da camada de ozônio

O Ozônio e a absorção de R-UV

Distribuição de ozônio na atmosfera ozone units Unidades Dobson (DU): Um DU é a espessura, medida em unidades de centésimos de milímetro, que a coluna de ozônio poderia ocupar, a temperatura e pressão padrão (273K e 1 atm). Nestas condições, se todo o ozônio da atmosfera fosse compactado próximo a superfície terrestre, seria possível obter somente uma camada de 3mm de espessura. 1 DU = 10-3 atm.cm  2,69.1016 moléculas.cm-2

Distribuição de ozônio na atmosfera A produção de ozônio é maior em regiões equatoriais. Entretanto, regiões de grande concentração de ozônio não coincidem com regiões de alta taxa de formação. Taxas de produção são altas no equador e acima de 40km de altitude, ao passo que os picos de concentração de ozônio se concentram em latitudes mais altas.

Formação e destruição do ozônio: o ciclo de Chapman A radiação solar ultravioleta, de comprimento de onda menor que 242 nm, vagarosamente dissocia o oxigênio. O2 + h  O + O O oxigênio atômico (O) reage rapidamente com o O2 na presença de uma terceira molécula M formando o ozônio M pode ser outra uma molécula de N2 ou O2. Esta é a única reação de formação de ozônio que ocorre na atmosfera O O3 formado absorve intensamente radiação entre os comprimentos de onda de 240 e 320nm, voltando a decompor-se em O2 e O Adicionalmente, o ozônio reage com o oxigênio atômico regenerando duas moléculas de O2 O + O2 + M  O3 + M O3 + h  O + O2 O3 + O  O2 + O2

O “buraco na camada de ozônio”

Explicando o buraco na camada de ozônio 1) Teoria Dinâmica (Stolarski, 1988) Propõe que a circulação atmosférica sobre a Antártida mudou de tal modo que o ar da troposfera, onde há baixa concentração de ozônio, é levado para a baixa estratosfera e, conseqüentemente, reduções dos níveis de ozônio são observadas. 2.) Teoria do Óxido de Nitrogênio (Callis e Natarajan, 1986) Refere-se ao aumento de NOx produzido pelos efeitos fotoquímicos após um período crítico de aparecimento de manchas solares (1979). A presença excessiva de NOx seria o responsável pela destruição excessiva de ozônio. 3.) Teoria da Química Heterogênea (Tung et al., 1986) Reações fotoquímicas que ocorrem na superfície de partículas minúsculas, presentes em nuvens formadas em condições extremamente frias do inverno polar, são responsáveis por uma cadeia de reações que culminem na destruição do ozônio. As superfícies fornecidas pelas partículas dessas nuvens, conhecidas como Nuvens Polares Estratosféricas (PSC – do inglês “Polar Stratospheric Clouds”), alteram a química da estratofera na região polar.

Teoria da Química Heterogênea

Teoria da Química Heterogênea CFC

Teoria da Química Heterogênea

Variação sazonal de O3 – Antártida

Exerce influências em SP ? (Corrêa e Plana-Fattori, 2006)

Exerce influências em SP ?

E em outras localidades ?

Conseqüências da depleção do ozônio sobre a saúde humana

Links interessantes Centro de Previsão de Tempo e Estudos Climáticos – Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais: Meio-Ambiente: http://www.cptec.inpe.br/meio_ambiente/ R-UV, ozônio e saúde: http://satelite.cptec.inpe.br/uv Queimadas: http://www.cptec.inpe.br/queimadas Programa de Controle da Poluição do Ar por Veículos Automotores (PROCONVE): http://www.ibama.gov.br/proconve/home.htm US Environmental Protection Agency: http://www.epa.gov Wikipedia

Contato Marcelo de Paula Corrêa e-mail: mpcorrea@unifei.edu.br homepage: http://www.solar.unifei.edu.br