COMPARAÇÃO DE RESULTADOS DE MEDIÇÕES
DE CONCENTRAÇÃO DE OZÔNIO NA COLUNA
ATMOSFÉRICA DO RIO GRANDE DO NORTE
Hugo Sérgio Medeiros de Oliveira – PIBIC, Eng. Mecânica - UFRN
Francisco Raimundo da Silva – LAVAT-INPE-RN
George S. Marinho – Dpt. Eng. Mecânica - UFRN
INTRODUÇÃO
RESULTADOS
O ozônio é formado durante uma reação natural na atmosfera, quando três átomos de oxigênio são
combinados quimicamente para formar a molécula O3. Sua distribuição não é homogênea, com maiores
concentrações ocorrendo entre 20 e 25 km acima da superfície, na estratosfera (ou ozonosfera),
diminuindo a medida em que aumenta a altura. Além disso, sua concentração é maior nos pólos e diminui
na direção do equador. O conteúdo total de O3 integrado numa coluna atmosférica é expresso em
Unidades Dobson (UD); 1 UD equivale a 2,69 x 1019 moléculas/cm2 ou 0,01 mm de espessura em
condições padrões de O ºC de temperatura e pressão de 1 atm.
Na figura 4 são apresentados os resultados dos três processos de medição de O3 no intervalo janeiro/2002
a julho/2007. Constata-se uma equivalência entre as tendências dos valores obtidos nos três instrumentos
até janeiro/2006; a partir daquela data, a discrepância torna-se acentuada, indicando problemas de
calibração. Observa-se que ocorrem quedas nos valores em UD entre os meses de abril e junho para todos
os anos considerados. Na figura 5 apresentam-se as médias mensais individuais de todos os anos; mais
uma vez observam-se as tendências de redução dos valores em UD entre os meses de abril e julho e de
aumento entre agosto e outubro. Na figura 6 podem ser observadas as médias conjuntas (Dobson +
Brewer + Sonda) por ano.
OBJETIVOS
310
305
Neste trabalho são feitas comparações entre os dados de concentração de O3 na coluna atmosférica de
Natal – RN, obtidos por meio de três diferentes equipamentos, INPE - CRN.
300
METODOLOGIA
290
295
285
Foram utilizados dados de três fontes: sondagens por balão e medições com espectrofotômetros Brewer e
Dobson. Na sondagem por balão, utiliza-se o método da célula de concentração eletroquímica, que
permite estimar a quantidade de ozônio na atmosfera por meio de uma reação entre uma solução de
iodeto de potássio e a molécula de O3. A célula é colocada no interior da sonda e montado no balão. Após
o lançamento, à medida em que sobe, uma bomba aspira o ar ambiente, fazendo-o entrar em uma
câmara onde existe um recipiente com duas cavidades contendo diferentes concentrações de iodeto de
potássio, separadas por uma ponte de íon formada por eletrodos de platina. A reação entre a solução e o
O3 produz alterações na força eletromotriz gerada pela solução eletrolítica. O valor da ddp gerada é
transmitido por rádio à estação receptora, situada em terra. Essas etapas são ilustradas nas figuras 1 e 2.
280
DOBSON
BREWER
SONDA
275
270
265
260
255
250
245
Solução Eletrolítica
Cátodo
7
l/0
7
ju
ja
n/
07
ab
r/0
6
l/0
6
ju
ou
t/0
6
ja
n/
06
ab
r/0
Ponte de Ion
Eletrodo Ânódico
Fig.4 – Valores em UD obtidos pelos três métodos para o período 01/2002 a 07/2007.
Eletrodo Cátodico
d
295
290
Cátodo
290
Ânodo
285
285
d
280
UD
Fig.1 – Partes constituintes da sonda de ozônio: (a) rádio Microsonda com GPS;
(b) diagrama do fabricante; (c) bomba de sucção; (d) célula eletroquímica
280
275
275
UD
b
ou
t/0
5
5
l/0
5
ju
ja
n/
05
ab
r/0
ou
t/0
4
4
l/0
4
ju
ja
n/
04
ab
r/0
ou
t/0
3
3
l/0
3
ju
ja
n/
03
ab
r/0
2
l/0
2
ju
ja
n/
02
a
ab
r/0
Solução Eletrolítica
Ânodo
ou
t/0
2
240
Entrada de Ar
c
270
270
265
265
Dobson
Brewer
Sonda
260
255
2002
2003
2004
2005
2006
260
255
250
jan fev mar abr mai jun
jul ago set out nov dez
Fig.5 – média mensal individual de 2002 a 2007
jan fev mar abr mai jun
jul ago set out nov dez
Fig.6 – média conjunta (3 medidores) por ano
CONCLUSÕES
Fig.2 – Sondagem de O3 em Maxaranguape-RN: (a) preparação; (b) lançamento; (c) coleta de dados
Identificou-se um problema decorrente das calibrações dos equipamentos de medição de O3 a partir de
2006. Entre 2002 e 2006, constataram-se tendências de um comportamento sazonal da coluna de O3,
com redução entre abril-junho e aumento entre agosto-outubro. Com a continuação da pesquisa,
pretende-se estudar a associação entre a sazonalidade e fenômenos naturais e/ou antropogênicos.
O espectrofotômetro Brewer (fig. 3) é um instrumento óptico projetado para estimativa da concentração de
O3, SO2 e NO2 a partir da medição das faixas de absorção do espectro solar. A radiação captada passa
por uma série de filtros que selecionam a luz de comprimentos de onda de interesse (306.3 , 310.1 , 313.5
, 316.8 e 320.1 nm, com resolução de 0.64 nm). O feixe de luz é transferido ao módulo espectrométrico do
equipamento, onde é difratado numa grade de difração e separado em seus comprimentos de onda. Um
sistema móvel de varredura capta a luz de cada comprimento de onda e a direciona a um fotomulplicador,
transformando-a em sinais elétricos mensuráveis. A partir de um programa computacional, os sinais são
convertidos em valores que permitem o cálculo da coluna equivalente de ozônio.
A partir dos dados dos espectrofotômetros, determinou-se um valor médio de 267.7UD para Natal, com
desvio de 12UD. Esse valor está bem próximo daquele obtido por Kirchhoff (1983), que foi de 275UD com
desvio de 8UD. O valor médio obtido a partir dos dados das sondagens por balão foi de 274.9, com desvio
de 10UD, também próximo do determinado por Kirchhoff (1983), que foi de 287UD com desvio de 25UD.
Os desvios também estão dentro do proposto Kirchhoff (1983), com variações entre 2.5% e 5%.
a
b
c
BIBLIOGRAFIA
MANUAL DO EQUIPAMENTO DOBSON (4ª ed.-1987)
KIRCHHOFF, V.W.J.H. Medidas de Ozônio na Troposfera e Estratosfera de Natal, 1983.
ECHER, E. Observação da Observação da radiação ultravioleta solar tipo b em banda larga. In: Dissertação de Mestrado,
INPE, 1999.
SILVA, A. A. A espessura óptica de aerossóis na banda UV-B, 2002.
Fig.3 – Espectrofotômetro Brewer (INPE-CRN)
Fig.4 – Espectrofotômetro Dobson (INPE-CRN)
O espectrofotômetro Dobson (monocromador de feixe duplo) mede as intensidades relativas da luz solar
em dois comprimentos de onda, selecionados de modo que um seja mais absorvido pela atmosfera do
que o outro. Os feixes de luz darão origem a uma corrente elétrica. Utilizando uma relação de
intensidades, estima-se a quantidade total de ozônio absorvida no trajeto da radiação.
APOIO
UFRN
PROPESQ
CNPq
INPE
PPGEM
CT
NTI
GERACI, M.; LUERS, J. K. An Evaluation of electrochemical concentracion cell (ECC) sonde measurements of atmospheric
ozone, NASA, 1978.
KOMHYR, W. D. Operations handbook - ozone observations with a dobson spectrophotometer, 1980.
BREWER MKIV SPECTROPHOTOMETER OPERATOR'S MANUAL, 1999 SCI-TEC Instruments Inc. Canada.
SILVA, F. R.; PEDRINI, A.; MARINHO, G. S. Sondagem do ozônio no rio grande do norte. Anais do XII Simpósio brasileiro de
geografia física aplicada, Natal RN, 09 a 13 Julho 2007.
AGRADECIMENTOS
A Chefia do INPE-CRN, aos Técnicos Tércio, Edmilson e Harturo; aos Professores Eugênio, Aldomar e Angelina