Variação Temporal do Material Particulado Atmosférico Fino em
São José dos Campos, SP
Patricia Alexandre de Souza1, William Zamboni de Mello2, Rauda Lúcia Mariani3 e Silvia
Maria Sella4
1,2
Departamento de Geoquímca, Instituto de Química, Universidade Federal Fluminense–
Outeiro de São João Batista, s/nº,24020-141- Niterói-RJ-Brasil: [email protected]
3
Centro de Previsão do Tempo e Estudos Climáticos, Instituto Nacional de Pesquisas
Espaciais- Avenida dos Astronautas, 1758, CP5, 12227-10- São José dos Campos-SP- Brasil
4
Departamento de Químca Analítica, Instituto de Química, Universidade Federal Fluminense–
Outeiro de São João Batista, s/nº,24020-141- Niterói-RJ-Brasil
ABSTRACT: Air samples of fine particulate matter (PM2,5) were collected in São José
dos Campos from February 2004 to February 2005. The average concentrations ( SD)
PM2,5, were equal to 22.6  7.5µg m-3 in the dry season (n = 14) and equal to 13.8  7.9µg
m-3 for the rainy season (n = 39).Ammonium, K+ e SO42- were predominantly found in the
fine fraction. Hierarchical cluster analysis and backward air mass trajectories indicate
that during the dry period the NO3-, SO42-, NH4+ and K+ associated with PM2.5 are
significantly influenced by continental sources.
Palavras-chave: material particulado fino, partículas inaláveis e poluição atmosférica.
1 – INTRODUÇÃO
A poluição do ar provocada pelo material particulado (MP) atmosférico é um sério
problema ambiental que atinge inúmeras regiões do mundo, atingindo especialmente as áreas
urbanas e industrializadas, causando impactos adversos sobre a saúde humana e ao meio
ambiente (IPCC, 2007). O material particulado (MP) atmosférico é conhecido como uma
mistura complexa de partículas líquidas e sólidas (aerossóis), de tamanho na faixa entre
poucos nanômetros até aproximadamente 100 µm, em suspensão no ar. As PI são comumente
subdivididas em partículas inaláveis finas e grossas (inhalable fine and coarse particles)
(http://www.epa.gov/oar/particlepollution), sendo as primeiras aquelas de Da menor ou igual
a 2,5 µm (abrev.: MP2,5) e as últimas as de Da entre 2,5 e 10 µm (abrev.: MP2,5-10).
2 - MATERIAL E MÉTODOS
Este trabalho foi desenvolvido em São José dos Campos (SJC) no Vale do Paraíba (SP).
SJC encontra-se a 600 m de altitude rodeada pela Serra do Mar e da Mantiqueira. A
amostragem do MP2,5 foi conduzida de fevereiro de 2004 a fevereiro de 2005 num local
(23°12’48,6”S; 45°51’59,1”W) situado no Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)
em SJC, por intermédio de um amostrador dicotômico MP10 Graseby Andersen modelo 241,
que separa o MP nas frações fina e grossa. As coletas foram realizadas num período de 24 h
com intervalos de 6 dias entre uma coleta e outra. Os ventos predominantes são os de nortenordeste (NNE) e nordeste (NE), com contribuições das direções sul-sudoeste (SSW) e sulsudeste (SSE) (CETESB, 2006).
A seguir são descritos sucintamente os métodos analíticos empregados. A massa do
MP2,5 foi determinada por gravimetria (diferença de peso do filtro antes e após a coleta), e a
solubilização do conteúdo dos filtros foi realizada pela adição de 50 mL de água destilada e
deionizada, seguido da ultrassonificação (Thorton modelo GA-240) por 3 h. Em seguida, os
extratos dos constituintes inorgânicos solúveis em água foram transferidos para frascos de 100
mL de polietileno e preservados em freezer. Os íons analisados foram: Cl-, NO3-, SO42-, NH4+,
Na+, K+, Mg2+ e Ca2+. A descrição detalhada do procedimento analítico encontra-se em de
Souza et al. (2010).
3 – RESULTADOS E DISCUSSÃO
Durante o período de monitoramento foram identificados dois longos períodos de
ausência de chuvas superiores à 20 dias consecutivos, o primeiro registrado de 13 de junho a
07 de julho (25 dias de estiagem), onde a concentração máxima de MP2,5 foi igual a 28,8 µg
m-3. No segundo período de estiagem de 21 de julho a 17 de setembro (38 dias de estiagem), a
concentração de MP2,5 foi ainda maior, com valor igual a 40,7 µg m-3 (Figura 1). Com o
intuito de se avaliar o comportamento e as características químicas do MP fino mediante as
condições de ausência prolongada de chuvas, decidiu-se por reunir os dados destes dois
períodos sem chuvas (designado por período seco; PS) e compará-los ao restante dos dias
juntos (designado período regular; PR), compreendendo o período de 24 de fevereiro a 11 de
junho e de 27 de setembro de 2004 a 24 de fevereiro de 2005.
45
70
40
60
50
30
25
40
20
30
15
20
10
Precipitação (mm)
MP2,5 (µgm-3)
35
10
5
Precipitação
18/02/2005
04/02/2005
21/01/2005
07/01/2005
24/12/2004
10/12/2004
26/11/2004
12/11/2004
29/10/2004
15/10/2004
01/10/2004
17/09/2004
03/09/2004
20/08/2004
06/08/2004
23/07/2004
09/07/2004
25/06/2004
11/06/2004
28/05/2004
14/05/2004
30/04/2004
16/04/2004
02/04/2004
19/03/2004
05/03/2004
0
20/02/2004
0
MP2,5
Figura 1- Distribuição das concentrações médias de 24 horas do material particulado
fino (MP2,5) no INPE e da precipitação diária em São José dos Campos.
A Tabela 1 apresenta a concentração média (em g m-3) da massa do MP fino, assim
como, dos íons solúveis em água associados a esta faixa de tamanho, referentes ao PS (13 de
junho a 07 de julho e de 21 de julho a 17 de setembro; n = 14) e ao PR (n = 39). A
concentração média do MP2,5 foi 1,6 vezes superior durante o PS (22,6 µg m-3) em relação ao
PR (13,8 µg m-3). Os íons SO42-, NH4+ e K+ foram os mais abundantes associados ao MP2,5,
representando juntos 78% e 69% do da massa total das espécies inorgânicas respectivamente
para o PS e PR. Estima-se que no PS e PR respectivamente 97 e 95% do SO42- associados ao
MP2,5 originaram-se da oxidação do SO2.
A Análise de Agrupamentos (AA) foi aplicada às amostras de MP fino durante o PS
com a finalidade de se identificar possíveis episódios de características similares. Para isso,
foi empregado o software Statistica 7.0. O dendograma resultante da AA definiu para as
amostras de MP fino 2 grupos, ambos contendo 7 casos. O Grupo 1 inclui os dias: 23/07/04,
15/09/04, 05/07/04, 16/08/04, 10/08/04, 29/07/04 e 29/06/04 e o Grupo 2 os dias: 22/08/04,
09/09/04, 23/06/04, 03/09/04, 04/08/04, 28/08/04, 17/06/04 (Figura 2).
Tabela 1- Concentração média (µg m-3) da massa do MP fino e dos íons inorgânicos
solúveis em água durante o período seco (PS; n= 14) e o período regular (PR; n= 39).
PS
Media
Desvio-Padrão
PR
Media
Desvio-Padrão
MP2,5
Cl-
NO3-
SO42-
NH4+
Na+
K+
Ca2+
Mg2+
22,6
7,5
0,22
0,15
0,45
0,28
2,95
1,22
1,28
0,51
0,30
0,22
0,73
0,30
0,34
0,14
0,03
0,01
13,8
7,9
0,40
0,32
0,35
0,27
1,93
1,33
0,86
0,71
0,36
0,27
0,38
0,33
0,28
0,27
0,03
0,01
MP2,5
10
9
8
7
Grupo 2
6
5
Grupo 1
Distância
4
3
2
1
0
17/06/04
28/08/04
04/08/04
03/09/04
23/06/04
09/09/04
22/08/04
29/06/04
29/07/04
10/08/04
16/08/04
05/07/04
15/09/04
23/07/04
Figura 2- Dendograma das amostras do material particulado fino
(MP2,5) referente ao período sem chuvas em São José dos Campos.
Na Tabela 2 estão compiladas as concentrações médias (em neq m-3) dos íons sulfato,
potássio e cálcio excluídas as parcelas de origem marinha (exc-SO42-, exc-K+ e exc-Ca2+,
NH4+, Na+, NO3- e Mg2+, e do déficit de cloreto (def-Cl-; parcela de cloreto volatilizada para a
atmosfera do MP atmosférico; de Souza et al. (2010)) para cada um dos dois grupo formados.
O Grupo 2 apresentou as maiores concentrações médias dos íons inorgânicos e maior déficit
de Cl-.
Tabela 2- Concentrações médias (neq m-3) dos íons inorgânicos solúveis em água para os
Grupos 1 e 2 da análise de agrupamentos para o PM2,5 durante o período seco (PS)
PM2,5
Grupo 1
Grupo 2
G2/G1
dep-Cl15,6
27,2
1,7
NO36,6
12,0
1,8
exc-SO4244,7
79,6
1,8
NH4+
59,6
108,2
1,8
Na+
24,9
32,6
1,3
exc-K+
15,4
26,1
1,7
exc-Ca2+
18,2
24,9
1,4
Mg2+
3,2
3,5
1,1
C
B
A
D
F
E
G
Figura 3 - Trajetórias reversas de massa de ar para o Grupo 1
(do dendograma) referentes ao MP2,5.
D
A
B
C
D
E
F
G
Figura 4 - Trajetórias reversas de massa de ar para o Grupo 2
(do dendograma) referentes ao MP2,5.
Através do programa HYSPLIT _4 MODELING SYSTEM (HYbrid Single-Particle
Lagrangian Integrated Trajectory; http://www.arl.noaa.gov/ready/hysplit4.html) foram
computadas as trajetórias reversas de massa de ar, visando uma melhor compreensão das
características destes dois grupos no que tange potenciais origens dos íons estudados. Para
isso foi utilizado o banco de dados meteorológico do tipo FNL (Final Meteorological
database) que o modelo dispõe, e como tempo de duração da trajetória 144h a uma distância
de 610 m do nível do solo. As trajetórias reversas do Grupo 1 (Figuras 3A-G) têm como
característica comum percursos com extensões maiores sobre o Atlântico do que sobre o
continente sul-americano em relação aos do Grupo 2 (Figuras 4A-G) Em 06/07/04 (Grupo 1;
Fig. 3C) e 29/08/04 (Grupo 2; Fig. 4F) as trajetórias reversas tiveram origens no Pacífico.
A origem continental e potencialmente antrópica dos íons NO3-, exc-SO42- , NH4+ e exc+
K é evidente ao se comparar as razões das concentrações médias Grupo 1/Grupo 2 (G1/G2),
que para esses 4 íons foram 1,8, sendo este último 1,7 (Tabela 2), enquanto que para os íons
de origem majoritariamente marinha, como o Na+ e Mg2+, as razões foram respectivamente
1,3 e 1,1. O maior tempo de permanência das massas de ar sobre o continente pode provocar
transformações na composição química do MP em decorrência de reações que ocorrem
durante o percurso especialmente em atmosfera poluída. Uma evidência disso está na razão
G1/G2 para o def-Cl-.
4 – CONCLUSÕES
Durante o PS a concentração média de MP fino foi 1,6 vezes maior comparado ao PR.
Os íons SO42-, NH4+ e K+ foram os mais abundantes associados ao MP2,5. A AA distribuiu as
amostras de MP fino em dois grupos, Grupo 1 e Grupo 2, sendo este último o que apresentou
as maiores concentração. As trajetórias reversas de massas de ar de ambos os grupos foram
computadas pelo Hysplit, e os padrões de comportamento das trajetórias reversas explicam
possíveis contribuições de origens continentais, para a composição químicas das partículas
finas, principalmente para o grupo 2, justificando as altas concentrações dos íons inorgânicos
solúveis em água associados a esta faixa de tamanho.
5 – REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
CETESB (Companhia de Tecnologia e Saniamento Ambiental). 2006. Relatório da Qualidade
do Ar no Estado de São Paulo, Diretoria de Engenharia Ambiental/ Departamento de
Qualidade
Ambiental,
São
Paulo.
20p.
Disponível
em:
<http://www.cetesb.sp.gov.br/Ar/publicacoes.asp>.
de SOUZA, P.A.; de MELLO, W.Z.; MARIANI, R.L. & SELLA, S.M. Caracterização do
material particulado fino e grosso e composição da fração inorgânica solúvel em água em São
José dos Campos (SP). Quim. Nova (no prelo).2010.
IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change). 2007. Disponível em:
<http://www.ipcc.ch/publications_and_data/ar4/wg1/en/contents.html>. Acesso em: jul. 2008.