Ecotoxicologia Poluição Atmosférica 17/09/2012 monteiro@cena.usp.br

Composição de Gases da Atmosfera Gases % em Volume Nitrogênio 78,1 Oxigênio 21 Vapor de água 0-4 Argônio 0,93 Dióxido de Carbono ~0,3 Neon <0,002 Hélio <0,0005 Metano <0,0002

Poluição da Atmosfera É a introdução na atmosfera de elementos indesejáveis: partículas, gases, energia. O problema de poluição atmosférica é intenso nas grandes cidades e principalmente as dos paises em desenvolvimento.

As emissões de poluentes atmosféricos podem classificar-se em: -Antrópicas: aquelas provocadas pela ação do homem (indústria, transporte, geração de energia, queimadas, etc.). -Naturais: causadas por processos naturais, tais como emissões vulcânicas, processos microbiológicos, ventos, etc.

As Fontes Podem ser: Fontes fixas - As indústrias são as fontes mais significativas ou de maior potencial poluidor, no entanto existem ainda usinas termoelétricas, utilizadoras de carvão ou óleo combustível, bem como incineradores de resíduos. Fontes móveis - Os veículos automotores, trens, aviões e embarcações marítimas. Os veículos se destacam como as principais fontes, e podem ser divididos em leves, que utilizam gasolina ou álcool como combustível, e pesados que utilizam óleo diesel.

Os Poluentes gasosos são classificados como: 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.

-Primários: aparecem como resultado de processos industriais, gases de exaustão de motores de combustão interna, etc. Ex. óxidos de enxofre (SOx), óxidos de nitrogênio (NOx) e particulados. -Secundários: aqueles que são produtos de reações fotoquímicas.Ex. a formação de ozônio e de peroxiacetil nitrato (PAN), ácido sulfúrico, ácido nítrico.

Poluentes primários e secundários

Unidades A fim de expressar a concentração e emissões de poluentes na atmosfera utilizam-se as unidades de pouco uso em outras áreas: ppbv: partes por bilhão de volume pptv: partes por trilhão de volume    g/m3 = 10-6 g/m3    Tg = teragrama= 1012g    Gt = gigatonelada = 109 t    Ng = nanograma = 10-9 g

Principais Poluentes Co CO2 Óxidos de Enxofre Óxidos de Nitrogênio Ozônio Material Particulado

Monóxido de carbono ( gás): Incolor, inodoro e insípido Origem: combustão incompleta principalmente de veículos Efeito: afinidade com a hemoglobina Dióxido de Carbono Incolor, inodoro e insípito Origem: combustão completa, respiração, decomposição, queimadas,etc. Efeito: principal gas do efeito estufa.

Componentes Sulfurosos Na atmosfera o enxofre encontra-se nas seguintes formas: -   COS = carbonil sulfeto -   CS2 = sulfeto de carbono -   (CH3)2S = dimetil sulfeto -   H2S = sulfeto de hidrogênio -   SO2 = dióxido de enxofre -   SO4-2 = sulfatos Gases incolores, odor pungente

As fontes naturais de compostos de enxofre são a degradação biológica, as emissões vulcânicas e os oceanos. Solos ricos em enxofre constituem também uma fonte natural de H2S. O SO2 é um gás incolor com um odor irritante e azedo. É altamente solúvel em água, sendo esta propriedade a base dos sistemas de separação úmida do SOx e da formação de ácido sulfúrico ao contato com a água ou vapor d’água.

As fontes antrópicas mais importantes de geração de SO2 são: a queima de combustíveis fósseis; a oxidação de minerais sulfurosos para a obtenção de cobre, chumbo e zinco. Por exemplo, a obtenção de cobre é feita: Cu2S + O2  Cu + SO2 os processos de refino de petróleo; Chaminés de industrias químicas, de papel, queima de madeira ou outra fonte de energia como óleo diesel; Tratamento de efluentes e resíduo sólido

Fontes naturais e antrópicas dos óxidos de enxofre

Compostos Nitrogenados Na atmosfera os compostos nitrogenados apresentam-se nas seguintes formas: N2O, NO, NO2, NH3, sais de NO3-, NO2- e NH4. Outros óxidos de nitrogênio tais como N2O3, N2O4, NO3 e N2O5 encontram-se em concentrações muito baixas.

Gas marrom avermelhado, muito irritante participação na: A concentração de N2O na atmosfera no início da Revolução Industrial era de 285  5 ppbv, atingindo valores de 310 ppbv, em 1990. A velocidade de incremento anual é de 0,5–1,1 ppbv/ano. Gas marrom avermelhado, muito irritante participação na: <dos níveis de ozônio na estratosfera; >No efeito estufa; >Nos processos de formação da chuva ácida.

Fontes naturais e antrópicas dos óxidos de nitrogênio

Metano O metano é formado naturalmente em regiões onde existem matéria orgânica em decomposição. Somado a isso existe muitas fontes antrópicas de metano que vem contribuindo para seu aumento na concentração global na atmosfera, dentre estas fontes estão o cultivo de arroz, grandes confinamentos de ruminantes, queima de biomassa e a queima de combustíveis fosséis.

Concentração Atmosférica A presente concentração atmosférica global do metano é de 1,72ppmv, mais do que o dobro de sua concentração durante o período pré revolução industrial que era por volta dos 0,8ppmv.

Ozônio Incolor e inodoro Principal componente da névoa fotoquímica Formado pela reação fotoquímica (óxido nitroso e Compostos orgânicos Voláteis e luz UV). Oxidante fitotóxico e citotóxico

  Material Particulado Considera-se como material particulado qualquer substância na atmosfera que tenha dimensões microscópicas ou submicroscópicas, porém maiores que as dimensões moleculares. Os particulados presentes na atmosfera inaláveis classificam-se em: -Finos, com diâmetro de dp < 2,5m -brônquios -Grossos, com diâmetro de dp > 2,5m –narinas.

Partículas diversas (poeira) tamanho das partículas (micrometro 1/1000) -Maiores que 100: sedimentáveis, caem por gravidade -Menores que 100: em suspensão, aerossóis - Maiores que 10 (vias superiores -Menores que 10 (árvore brônquica) aprox. 30% total.

Classificação do Material Particulado Partículas Totais em Suspensão (PTS) Podem ser definidas de maneira simplificada como aquelas cujo diâmetro aerodinâmico é menor que 50 µm. Uma parte destas partículas é inaliável e pode causar problemas à saúde, outra parte pode afetar desfavoravelmente a qualidade de vida da população, interferindo nas condições estéticas do ambiente e prejudicando as atividades normais da comunidade. Partículas Inaláveis (MP10) Podem ser definidas de maneira simplificada como aquelas cujo diâmetro aerodinâmico é menor que 10 µm. As partículas inaláveis podem ainda ser classificadas como partículas inaláveis finas – MP2,5 (<2,5µm) e partículas inaláveis grossas (2,5 a 10µm). As partículas finas, devido ao seu tamanho diminuto, podem atingir os alvéolos pulmonares, já as grossas ficam retidas na parte superior do sistema respiratório. Fumaça (FMC) Está associada ao material particulado suspenso na atmosfera proveniente dos processos de combustão. O método de determinação da fumaça é baseado na medida de refletância da luz que incide na poeira (coletada em um filtro), o que confere a este parâmetro a característica de estar diretamente relacionado ao teor de fuligem na atmosfera.

Interação da vegetação com o Material Particulado: impedem a abertura e fechamento dos estômatos; Possuem elementos tóxicos, como metais pesados; Diminuem a taxa fotossintética; através do impacto das partículas com planta passam para as estruturas vegetais.

Elementos Químicos ou Metais Pesados Os elementos químicos se adsorvem nas partículas e caminham com elas. As plantas absorvem os elementos químicos e os acumulam nas: Paredes celulares, vacúolos, fração protéica; Nos órgãos: folhas, caules e raiz (Sousa, A.I. et al.2008, Chemosphere, 70:850-857.

Plantas bioindicadoras: podem ser sensíveis aos poluentes, indicadores visuais; Liquens potenciais indicadores desde 1860; Epífitas Herbáceas – tradescantia, fumo Efeito mutagênico – ozônio Cascas de árvores : indicadores estático

Compostos Orgânicos Voláteis - COV são hidrocarbonetos do tipo aldeídos, cetonas, solventes clorados, substâncias refrigerantes como: metano, etano, propano, butano, hexano, benzeno, tolueno, etileno, cloreto de metila, clorofórmio, formaldeídos, cloroflurocarbonos entre outros. As fontes antrópicas dos COV são: processos industriais (46%) e o transporte automotivo (30%).

Efeitos da poluição do ar Alterações nas propriedades da atmosfera: Em regiões urbanas com alta poluição atmosférica é comum verificar: -  redução da visibilidade -  formação de névoa e precipitação -  redução da intensidade de radiação solar - alteração da distribuição das temperaturas e do vento A formação de névoa geralmente está relacionada com a presença de SO2. Em 80% dos casos altas concentrações de SO2 ocorrem com visibilidade menor que 5 km.

Devem-se considerar, principalmente, alterações pela interação da luz com as partículas em suspensão (reflexão e absorção). A diminuição da intensidade de radiação solar direta devida a uma camada de ar poluído é de 10-20% (por dispersão da luz). Ocorre também a absorção de certos comprimentos de onda por moléculas de gases.

Danos à vegetação Os poluentes que causam danos à vegetação são denominados de fitotóxicos. Os mais severos são: SO2, Peroxiacetil nitrato, eteno, ozônio e alguns fitotóxicos menos severos: cloro, ácido clorídrico, amônia e mercúrio. Os poluentes penetram nas plantas através da respiração normal, provocando a destruição da clorofila e a interrupção da fotossíntese. Os sintomas dos danos causados pelos poluentes geralmente manifestam-se na superfície das folhas. Os óxidos de nitrogênio também são fitotóxicos em determinadas concentrações

Efeitos para a saúde humana Óxido de Enxofre (SO2): Os óxidos de enxofre são altamente solúveis e por isso são absorvidos pelo sistema respiratório superior. Concentrações de 1ppm podem provocar sintomas de irritação. Os asmáticos já apresentam sintomas com concentrações menores (0,25-0,5 ppm). Ozônio: Constitui um irritante severo para os olhos, nariz e garganta. Para concentrações de ozônio a 0,01 ppm ocorre irritações nos olhos e concentrações de 2,0 ppm provocam tosse severa. Outro irritante aos olhos são os formaldeídos e as acroleínas.

Óxidos de Nitrogênio Os óxidos de nitrogênio aumentam a susceptibilidade à infecções bacterianas nos pulmões. COV Provocam irritações nos olhos e na pele, tosse etc. Alguns COV como benzeno e butedieno são cancerígenos e provocam leucemia, são considerados também compostos cancerígenos genotóxicos pois podem afetar diretamente o DNA.

Inversão Térmica

Inversão Térmica

Inversão Térmica A renovação natural do ar se dá através de um fenômeno chamado convecção. A radiação emitida pelo sol que atravessa a atmosfera, aquece a crosta terrestre por irradiação. O solo aquecido emite calor radiante, que aquece, por condução, o ar acima deste. O ar aquecido expande-se, diminuindo sua densidade, o que o eleva para regiões mais elevadas da atmosfera e conseqüentemente, desloca camadas superiores mais frias para regiões mais baixas, criando correntes de convecção que renovam o ar junto ao solo, onde estas se aquecerão novamente e tornarão a alimentar o ciclo. Nos dias de inverno nas grandes cidades, esta convecção não se realiza de modo normal. Os raios solares incidem mais obliquamente sobre a superfície do planeta em função da inclinação do eixo deste, aquecendo mais as camadas superiores de ar, ocorrendo uma inversão (uma camada de ar quente se sobrepõe a uma camada de ar frio evitando que as correntes de convecção se formem). Como o ar mais quente é menos denso que o ar frio, as camadas superiores aquecidas nos dias de inverno tendem a permanecer onde se encontram, ficando as camadas mais baixas e frias estagnadas junto ao solo impedindo assim a convecção e a renovação do ar e impedindo a dissipação dos poluentes.

Tipos de poluentes atmosféricos Aerossóis: Suspensão de partículas atmosféricas Fog: Termo denominado para altos níveis de vapor de água Neblina: Denota a diminuição da visibilidade devido a presença de partículas Fumaça: Partículas formadas pela combustão incompleta de combustíveis Névoa: Partículas líquidas

Efeito Estufa É chamado de efeito estufa o acréscimo constante de temperatura da terra devido à absorção de radiação infravermelha terrestre por alguns gases, tais como o CO2, os clorofluorcarbonos (CFCs), o metano (CH4), NOx, etc. Estes gases são conhecidos como gases estufa. O CO2 é o que se encontra em maior quantidade

Camada de Ozônio O ozônio, como elemento químico presente na atmosfera, apresenta um paradoxo interessante:  a sua presença é muito importante na estratosfera, executando a função de absorção de radiação ultravioleta. Concentra-se na estratosfera 90% de todo o ozônio atmosférico, na troposfera o ozônio é considerado um poluente. Aparece nesta região da atmosfera como um produto principal das reações fotoquímicas entre os óxidos de nitrogênio e hidrocarbonetos. Provoca irritação nos olhos, deterioração das funções pulmonares, danos à árvores e culturas agrícolas.

Sua alta reatividade o transforma em elemento tóxico capaz de atacar proteínas (destruindo microrganismos) e prejudicar o crescimento dos vegetais. É um gás à temperatura ambiente, de coloração azul-pálida, devido à intensa absorção de luz vermelha

Formação de Ozônio na Estratosfera É produzido naturalmente na estratosfera pela ação fotoquímica dos raios ultravioleta sobre as moléculas de oxigênio. Esses raios são suficientemente intensos para separar os dois átomos que compõe a molécula de O2, produzindo assim o oxigênio atômico. Ex.:            O2(g) + hn  -->  O  +  O Onde hn representa a energia correspondente à luz ultravioleta necessária para a ocorrência da dissociação.

A produção de ozônio é realizada numa etapa imediatamente posterior, resultando da associação de um átomo de oxigênio e uma molécula de O2 na presença de um catalisador (elemento necessário para manter o balanço de energia mas que não é consumido na reação). Ex.:                               M                 O + O2(g) ---->  O3(g)

Devido à alta reatividade, a concentração de ozônio é resultado de um equilíbrio entre a sua produção e destruição, gerando camadas de alta e baixa concentração que atingem níveis máximos numa faixa de 30-40 km de altura, chamada Camada de Ozônio. Está situada na estratosfera, entre 15 e 50 km, formando um escudo protetor natural da Terra, contra as radiações UV provenientes do Sol.

Conseqüências da destruição do ozônio estratosférico Conseqüências Climáticas: Na estratosfera observa-se o acréscimo da temperatura com a altura por causa da absorção da radiação ultravioleta pela camada de ozônio. Com menos ozônio a temperatura deve diminuir, o que poderia afetar a distribuição e intensidade dos ventos Conseqüências biológicas: Aumento da incidência do câncer de pele, de cataratas e supressão parcial do sistema imunológico dos seres humanos.

O que melhora a qualidade do ar Efeito Protetor da Vegetação: As plantas tem efeito tampão: a área interior é protegida; As arvores diminuem a velocidade do vento; Barreira a dispersão dos particulados; Mantem a suspensão mais tempo, podendo absorver os elementos. Barreira contra o som.

Alternativas para Redução da Poluição Atmosférica Gestão Pública Municipal (PSIU, Inspeção veicular) Rede automática de Monitoramento do Ar da CETESB PRONAR – Programa Nacional de Controle da Qualidade do Ar - resolução do Conama nº. 05, de 15/06/89

Ações Preventivas Uso de combustíveis menos poluidores; Controle efetivo das queimadas; Controle da queimada de compostos orgânicos ou lixo de um modo geral; Chaminés mais altas; Manutenção e aumento da áreas verdes matérias primas e combustíveis que resultam em resíduos gasosos menos poluidores; Tratamento de resíduos químicos

Reportagem veja 2007

Poluição sonora Youtube Efeito sobre a saúde, ruídos auditivos: Ruído funciona como alerta para os animais: causa sobressalto, acelera batimentos cardíacos, eleva pressão sanguínea, perda do sono, entre outros.