Prof. M.Sc. Hamilton Ishiki

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Prof. Dr. Marcus Tullius Scotti Prof. A POLUIÇÃO DA ESTRATOSFERA

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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

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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

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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

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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.

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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)

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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

16 EFEITO ESTUFA

17 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

18 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

19 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 desde 1860.

20 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

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

22 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

23 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

24 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)

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

26 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 kg de CO2 por ano

27 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)

28 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

29 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.

30 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

31 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

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

33 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

34 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)