Tecnologia
Necessidade de muita energia
Geração de resíduos
Emissões Globais x Emissões Locais
Principais gases de efeito estufa – efeitos
globais:
CO2, CH4, N20, O3, CFCs
Outros Poluentes atmosféricos – efeitos
Locais (possuem legislação para padrão de
qualidade do ar):
CO, HC, NOx, SO2, MP, O3, etc.
Espécies que estão associadas com as variações globais
Ligação entre os poluentes do ar e Balanço radiativo
Concentração de CO2 atmosférico
Ano de 2008
Concentração de CO2 atmosférico
385 ppm
38% acima do valor pre-industrial
Data Source: Pieter Tans and Thomas Conway, NOAA/ESRL
ano ppm ano-1
1970 – 1979: 1.3 ppm ano-1
1980 – 1989: 1.6 ppm ano1
1990 – 1999: 1.5 ppm ano-1
2000 - 2008: 2.0ppm ano-1
2008: 2.3 ppm ano-1
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
2008
1.24
1.85
2.39
2.21
1.61
2.41
1.79
2.17
2.28
I - As cidades
impactam o clima
global
As concentrações atmosféricas de
dióxido de carbono, metano e óxido
Nitroso aumentaram significativamente
desde 1750 e agora excedem os
valores da época pré-industrial
…75% das emissões globais
se originam nas cidades!
IPCC WGI 2007
No Brasil as emissões de CO2
75% originam-se de queima de
biomassa
25% de queima de combustíveis
fósseis
A fonte mais
importante para a
emissão de gases do
efeito estufa na
América do Sul é a
queima de biomassa
Poluentes emitidos/formados em
áreas urbanas com impacto global
Sulfatos
Aerossol
Atmosférico
Black Carbon
COV
Ozônio
NOx
O3
Primários
Poluentes atmosféricos:
SO2 (dióxido de enxofre)
CO (monóxido de carbono)
MP (material particulado)
NOx (NO + NO2, óxidos de nitrogênio)
COV (Compostos Orgânicos Voláteis)
O3
Formação do Ozônio
Oxigênio (O2) +
Compostos orgânicos Voláteis (COV)+
Óxidos de nitrogênio (NOx)
Ozônio (O3)
PAN
secundários
Sol
Black carbon climate danger “underestimated”’
Black carbon, uma parcela importante da
cinza, é produzido a partir da queima
incompleta de combustíveis, e exerce um
papel muito importante no aquecimento
global, maior do que havia sido
previamente estimado.
Estudos mostram que o Black Carbon pode
ser o segundo maior contribuidor para o
aquecimento global, ficando somente atrás
do Dióxido de Carbono.
Ramanathan &Carmichael
Nature Geoscience 1, 221 (2008)
Partículas de
Aerossol
Courtesia of
U. Lohmann
Baseada na apresentação de
Guy Brasseur
Partículas Finas (PM2.5)
Partículas Inaláveis (PM10)
Diâmetro de cabelo humano
40000nm ou 40 μm
Partículas ultra-finas
3 nm a 100 nm
Animação do TOMS cobrindo o intervalo de 13 a 21 de
Junho de 2001, mostrando poeira africana
atravessando o Atlântico e depositando partículas do
Deserto do Sahara sobre o Caribe.
http://science.nasa.gov/headlines/y2001/ast26jun_1.htm
Sulfatos antropogênicos produzem forçamento radiativo
negativo, levando a um resfriamento global. Estimativas
recentes de forçamento médio global por sulfatos está no
intervalo de -0.3 a -1.3 W/m2. Maiores incertezas: distribuição
temporal e espacial dos sulfatos e suas propriedades óticas.
Impacto das cidades para o clima
-Mudança do uso do solo
-Efeitos sobre o balanço radiativo
-Efeitos sobre a circulação atmosférica
-Emissão de poluentes
-Balanço Hídrico
-Absorção/espalhamento da radiação
Global: mudanças climáticas
I – O impacto no clima
Regional:
Chuva ácida
Ozônio Troposférico
Aerossóis, gases efeito estufa
Local:
Poluição do Ar
Efeitos à saúde
Ilha de calor
Pluma
Pessoas
Fonte: WMO
Fotos: profa. Adalgiza Fornaro
Fotos: “ATLAS AMBIENTAL DO MUNICÍPIO DE SÃO PAULO”
Impacto das mudanças
climáticas nas cidades
•Aumento da poluição atmosférica
•Estresse térmico
•Enchentes
•Seca
•Mudanças nos padrões de
distribuição de doenças infectocontagiosas
Impactos na Indústria, Assentamentos,
Sociedade
•Temperaturas mais altas
–Menor demanda de energia para
aquecimento
–Maior demanda para condicionadores de ar
–Pior qualidade do ar nas cidades
–Menor efeito da neve, do gelo
IPCC 2007 WGII Report
Emissões de gases
estufa em 2000.
A emissão de CO2
(excluindo uso do
solo) para o Estado de
São Paulo foi de 83
milhões t CO2 em 2003,
que o tornaria o 39º
maior emissor de CO2.
Fonte: World Resources
Institute, 2005.
Variações nas emissões de CO2 (excluindo uso do solo)
desde 1990 por unidade de produto interno bruto e per
capita. (Fonte SMA)
CO2 emitido por queima de combustíveis fósseis por país
(2000)
SOURCE: U.S. Energy Information Administration, International Energy
Annual, 2002, and International Energy Outlook, 2001
Consumo de CO2 per capita
Fonte: US Department of Energy's Carbon Dioxide Information
Analysis Center (CDIAC)
Impacto das mudanças climáticas nos poluentes urbanos
Estimated changes in O3 and associated summertime mortality in the 2050s
compared with those in the 1990s for M1, where climate change alone drives
changes in air quality. (A) Changes in mean 1-hr daily maximum O3
concentrations (ppb). (B) Percent changes in O3-related mortality.
Assessing Ozone-Related Health Impacts under a Changing
Climate. Kim Knowlton,1 et al. 2004Environ Health Perspect.
2004 November; 112(15): 1557–1563.
Impacto das mudanças climáticas nos poluentes urbanos
The effects of global changes upon regional ozone pollution in the United States.
J. Chen1,*, et al., Atmos. Chem. Phys. Discuss., 8, 15165–15205, 2008
Exemplo de aumento de
sustentabilidade
•
Telhados verdes. Plateau Mont-Royal, 2004, Owen Rose
O sucesso do futuro das cidades depende de uma adaptação a condições
ecologicamente mais saudáveis.
Telhados Verdes.
glossário
ALBEDO
É uma medida da quantidade de luz solar refletida por uma superfície
planetária. Albedos variam de 1 (reflexão total) a 0 (absorção total). A média
do albedo da Terra é 0,33, mas nuvens e gelo podem se aproximar de 1,0.
O do oceano é menor que 0,2. O aquecimento global reduz o gelo, neve e
parte da cobertura de nuvens, o que leva a um menor albedo planetário,
uma maior absorção de luz solar e mesmo mais aquecimento global.
• EFEITO ESTUFA
• A maior parte da energia radiante do Sol está na faixa visível e
infravermelho próxima. O ar, quando sem nuvens e poeira, é tão
transparente a essa radiação quanto o é o vidro de uma estufa.
Superfícies na Terra, ou dentro da estufa, são aquecidas pela luz
solar e parte dessa calidez é transferida ao ar em contato com as
superfícies. O ar quente permanece na estufa principalmente por
que as paredes e o teto de vidro impedem que o vento agitado o
dissipe. A Terra é mantida quente de uma maneira semelhante,
mas não idêntica, pela absorção do calor radiante emitido da
superfície quente pelos gases dióxido de carbono, vapor de água e
metano. Esses gases presentes no ar, embora transparentes à luz,
são parcialmente opacos aos comprimentos de onda maiores
emitidos por uma superfície morna. O efeito estufa há muito
mantém quente o ar da superfície e, na ausência de poluição, é
benigno: sem ela, a Terra seria 32°C mais fria e provavelmente
incompatível com vida.
•
•
RESPOSTA (FEEDBACK) POSITIVO E NEGATIVO
Sistemas autorreguladores de qualquer tipo, desde um forno controlado por
termostato até o ser humano, sempre incluem algo que detecta quaisquer
desvios do estado desejado ou escolhido, um suprimento de energia e os
meios de aplicar força que se opõe ou estimula o desvio. Quando o carro
que estamos dirigindo se desvia do nosso caminho pretendido, detectamos
o desvio e, como nossos braços, aplicamos força suficiente para girar o
volante para virar as rodas dianteiras de volta à trajetória: isto é resposta
(feedback) negativo. Se, por acidente, o mecanismo do volante estivesse
com um defeito tal que girar o volante virasse os pneus dianteiros de
maneira a aumentar o desvio, isto seria feedback positivo. Essa é com
frequência uma receita para desastre, mas o feedback positivo pode ser
essencial para tornar um sistema ágil e rapidamente reativo. Quando
falamos de círculos viciosos, estamos pensando em feedback positivo e é
esse o estado em que a Terra parece se encontrar agora: desvios do
sistema são amplificados, e não suprimidos, de maneira que maior calor
leve a calor ainda maior.
Absorção e espalhamento
• Vamos ver como essa radiação interage
com os constituintes atmosféricosprocessos de absorção e espalhamento
Absorção e espalhamento
Curvas de distribuição espectral da irradiância solar: irradiância observada
no topo da atmosfera, irradiância observada ao nível do mar. As áreas
sombreadas representam as bandas de absorção devido aos vários gases
em uma atmosfera limpa. O envelope mais externo para essas áreas
sombreadas indicam a redução da irradiância solar devido ao
espalhamento [Adaptado de Liou, 1980].
(a)-Espectros de corpo negro associados à temperatura de irradiação do sol (6000 K) e da terra
(255 K). (b)-Espectros de absorção de alguns gases da atmosfera.
-
ABSORÇÃO NA ATMOSFERA
O espalhamento e a reflexão simplesmente mudam a direção da
radiação. Contudo, através da absorção, a radiação é convertida em calor.
Quando uma molécula de gás absorve radiação esta energia é
transformada em movimento molecular interno, detectável como aumento
de temperatura. Portanto, são os gases que são bons absorvedores da
radiação disponível que tem papel preponderante no aquecimento da
atmosfera.
• Na atmosfera como um todo, nenhum gás
absorve efetivamente radiação entre 0,3 µm e
0,7 µm; portanto, existe uma larga "janela".
Esta região do espectro corresponde ao
intervalo visível ao qual pertence uma grande
fração da radiação solar. Pode-se dizer que a
atmosfera é bastante transparente à radiação
solar incidente pois absorve apenas 19% de sua
energia e que, portanto, esta não é um
aquecedor eficiente da atmosfera.
Gases involved in the Greenhouse Effect: past and present concentration and sources.
Greenhouse Gas
Carbon Dioxide
Methane
Nitrous Oxide
Chlorofluorocarbons
(CFCs)
Ozone
Concentration
1750
280 ppm
0.70 ppm
280 ppb
0
Unknown
Concentration
1995
360 ppm
1.70 ppm
310 ppb
900 ppt
Varies with latitude and
altitude in the
atmosphere
Percent Change
Natural and
Anthropogenic
Sources
29 %
Organic decay; Forest
fires; Volcanoes; Burning
fossil fuels;
Deforestation; Land-use
change
143 %
Wetlands; Organic decay;
Termites; Natural gas &
oil extraction; Biomass
burning; Rice cultivation;
Cattle; Refuse landfills
11 %
Forests; Grasslands;
Oceans; Soils; Soil
cultivation; Fertilizers;
Biomass burning;
Burning of fossil fuels
Not Applicable
Refrigerators; Aerosol
spray propellants;
Cleaning solvents
Global levels have
generally decreased in the
stratosphere and increased
near the Earth's surface
Created naturally by the
action of sunlight on
molecular oxygen and
artificially through
photochemical smog
production
Some common molecules and compounds. The molecules in the top row bond
with each other by sharing electrons. The compounds in the bottom row also
share electrons. However, these joins are called ionic bonds.
Atenuação da radiação
atmosférica pelas partículas
• Partículas de aerossol podem espalhar e/ou
absorver radiação eletromagnética
• Espalhamento é um processo que conserva a
energia total mas a direção que a radiação é
propagada pode ser alterada
• Absorção é um processo que remove energia
do campo eletromagnético e converte em
outra forma
• Extinção ou atenuação é a soma de
espalhamento e absorção
Efeitos diretos e indiretos: nuvens e aerossóis
Diagrama mostrando os vários mecanismos radiativos associados com os efeitos
considerados significativos dos aerossóis. Os pequenos pontos negros são os
aerossóis, os círculos abertos são as gotas de nuvens. Linhas retas representam a
radiação solar incidente e refletida e ondas tortuosas representam a radiação
terrestre.
CDNC – Concentração em número das gotas de nuvem
LWC – Conteúdo de água líquida
(IPCC, 2007, modificado de
Haywood e Boucher, 2000)
Nuvens com baixa concentração
de aerossóis e poucas gotas
grandes não espalham bem a
luz, e permitem a passagem da
radiação solar que atinge a
superfície.
Alta concentração de aerossóis
fornecem os pontos para nucleação
necessários para a formação de
muitas gotas pequenas. Até 90% da
radiação visível é refletida de volta
ao espaço sem atingir a superfície.