CARACTERIZAÇÃO DA VARIABILIDADE DA CONCENTRAÇÃO DO OZÔNIO NA
PASTAGEM EM DUAS ALTURAS DURANTE O LBA-EUSTACH-99.
Marcos Antonio Lima Moura, Roberto Fernando da Fonseca Lyra, Manoel Ferreira do
Nascimento Filho
Departamento de Meteorologia/CCEN/UFAL
BR 104 – km 14 Tabuleiro - Maceió – Alagoas - 57.072-970
[email protected]
Franz X. Meixner, Joern Von Jouanne
Biogeochemistry Department, Max-Planck-Institute for Chemistry, Mainz, Germany
[email protected]
Ednaldo Oliveira dos Santos
Doutorando em Ciencias Atmosfericas/COPPE/UFRJ/Rio de Janeiro-RJ
[email protected]
ABSTRACT
A concentration of atmospheric ozone was measured at pasture site (Fazenda Nossa Senhora Aparecida)
10º 45’ S, 62º 22’ W, during the Large Scale Biosphere-Atmosphere - European Studies on Trace Gases and
Atmospheric Chemistry (LBA-EUSTACH-99) field campaign. Observations were made almost continuously
(average of 6 minutes) at the 0,5 and 4,5m. The time period of this expedition was 01.05-17.05.1999, during the
local wet-to-dry-transition period. Ozone mixing ratios show diurnal maximum variations at noontime and minima
at night. During this measurements period the average diurnal concentration were of the order 11,76 ppb at 0,5m
and 12,8 ppb at 4,5m, while during the night the concentration were of 5 ppb at 0,5m and 7,8 ppb at 4,5m.
INTRODUÇÃO
Florestas tropicais representam um significante percentual de terra firme do mundo ( 6%) e sua interação
com a atmosfera permite trocas de grandes quantidades de gases e aerossóis, por causa da grande biodiversidade e
heterogeneidade, que podem alterar a composição química da troposfera.
As concentrações de O3, CH4, N2O e NO2 são funções da intensidade de atividades antrópicas e naturais,
como também de reações químicas que se produzem na atmosfera, após a emissão de gases precursores, e de
fenômenos de diluição e transporte. Por sua vez o ozônio é produzido na troposfera pela oxidação fotoquímica do
CO e dos hidrocarbonos na presença de NOx. Os trópicos tem um papel crucial neste processo, uma vez que o
elevado fluxo de radiação ultravioleta (UV) e alta umidade ambiental aumentam a formação de radical hidroxila
(OH), como também a maioria da oxidação global dos gases traços de longa vida, radiativamente e quimicamente
importantes, ocorrem atualmente nos trópicos (Crutzen, 1995). Especificamente o ozônio(O3) é de fundamental
importância para vida na superfície porque entre outras propriedades, ele atua como escudo protetor não deixando a
radiação ultravioleta do Sol alcançar a base da atmosfera. Crutzen et al., (1985) sugeriram que três processos são
particularmente importantes na determinação da distribuição de O3 na floresta tropical da Amazônia: 1) produção
fotoquímica de O3 associada com a queima de biomassa; 2) destruição de O3 na camada limite nas reações com
hidrocarbonetos e 3) deposição seca sobre a floresta.
Justamente por sua importância no processo de efeito estufa o O3 tem sido alvo de pesquisa devido a
perspectiva de alteração da química da atmosfera global, já que o grau de intensidade dos oxidantes fotoquímicos
está associado a concentração do O3, devido a sua maior proporção entre esses oxidantes. Mas Roelofs et al.,
(1997) afirmaram que os hidrocarbonetos resultantes da combustão influenciam a concentração do O3 troposférico
em muitas partes do globo terrestre. Principalmente pelo fato do mesmo ser produzido pela oxidação fotoquímica
do CO e dos hidrocarbonos na presença de NOx.
O objetivo principal deste trabalho é descrever as características do ozônio juntamente com as variáveis
meteorológicas em duas alturas em uma área desmatada na Amazônia durante o período de transição entre a
estação chuvosa e seca, quando da realização do LBA-EUSTACH-99.
3001
MATERIAL E MÉTODOS
Foram utilizados os dados obtidos durante o projeto LBA-EUSTACH-99 (Large Scale BiosphereAtmosphere - European Studies on Trace Gases and Atmospheric Chemistry) instalado no mesmo sítio
experimental do antigo projeto ABRACOS no período de 30.04 a 17.05.1999, na área de pastagem, que é uma
fazenda de pecuária (Fazenda Nossa senhora Aparecida) localizada a 10º 45’ S, 62º 22’ W, a 293 m acima do nível
médio do mar, cuja vegetação natural (floresta) foi totalmente substituída por gramínea (Brachiaria brizantha).
No intuito de monitorar as condições micrometeorológicas do local foi instalada uma estação
meteorológica automática (EMA), que fazia medição a cada 10s, com média a cada 30 minutos e era constituída de
um piranômetro (radiação global), instalados a 2 m de altura, uma sonda de umidade do solo e termômetro de solo
(representativos de uma espessura de 10cm), dois termômetros e dois anemômetros (0,5 e 4,5m de altura) para
medir temperatura do ar e velocidade do vento, pluviometria e, por fim mediu-se a concentração do ozônio nas
alturas de 0,5 e 4,5m a cada 10s, com médias de 6 minutos, utilizando-se do aparelho Modelo 49 da Thermo
Environmental Instruments.
RESULTADOS E DISCUSSÕES
As estações do ano na região amazônica são classificadas climatologicamente por épocas seca e chuvosa.
Na presente análise, o período selecionada (01.05 a 17.05.1999) possui características de período de transição entre
a época chuvosa e seca, uma vez que foi registrado um total de precipitação de 25mm, sendo que as chuvas mais
intensas ocorreram nos dias 30 (6,4mm), 01 (4,2mm), 02 (2,2mm), 11 (2,4mm) e 14 (6,4mm). Estes cinco dias
representam 90% da precipitação do período considerado. Mesmo assim, pode-se observar na Tabela 1, que
excetuando o período inicial, já que vinha ocorrendo precipitação anteriormente, onde a umidade do solo oscilava
em torno de 27%, a umidade do solo se manteve praticamente constante durante todo o período de observação
(12%). Ainda na Tabela 1 observa-se os desempenhos da radiação solar global, velocidade do vento, temperatura
do ar e do solo, que são parâmetros meteorológicos que provavelmente influenciam na distribuição da concentração
do ozônio.
As concentrações média do ozônio nas duas alturas observadas estão representadas na Figura 1. A variação
diurna mostra que as concentrações máximas do ozônio ocorrem em torno do meio-dia ou 1-2 horas mais tarde
independente da altura, enquanto as baixas concentrações foram observadas durante à noite (Figura 2). Observouse também que depois do pôr do Sol ocorre uma diferença maior entre as concentrações do ozônio nas diferentes
alturas, sendo que a concentração na altura superior é muito maior do que na altura inferior.
Na maior parte do período estudado foi observado um gradiente negativo de ozônio (decrescente em
direção a superfície) e em raríssimas ocasiões um gradiente positivo, ou seja, os valores da concentração
observados próximo ao solo (O3#1) é maior do que na altura superior (O3#2). E, quando este fato ocorreu deu-se
no período entre 6 e 12 HL (Horas Local). Nos momentos em que o gradiente é nulo, significa afirmar que a região
em estudo se encontra dentro de uma camada de mistura estável.
Segundo Gregory et al., (1990) a taxa de mistura da concentração do ozônio é controlada por um
complicado balanço entre fontes (transporte da troposfera e fotodissociação) e sumidouro (deposição na superfície
e perda por fotodissociação). Foi observado que entre fontes e sumidouros existe uma diferença entre as
concentrações do ozônio em áreas marítimas e continentais, havendo uma diminuição da concentração de ozônio
dos oceanos para o interior dos continentes, refletindo presumidamente a deposição de sumidouros (Browell et al.,
1996). Em parte, atribui-se esta diferença aos diferentes níveis de concentração de NOx. Este fato foi confirmado
por Kirchhoff et al., (1990), uma vez que o mesmo encontrou valores muito baixos na Reserva Ducke (Amazônia),
quando considerados em relação aos valores observados em outras localidades no Brasil e Estados Unidos.
Experimentos na Amazônia (por exemplo, ABLE-2 e TRACE-A) forneceram as informações básicas sobre
o ciclo de O3 sobre a bacia, e demonstraram que a bacia Amazônica poderia atuar como um sumidouro ou uma
fonte líquida para O3, dependendo da estação e da quantidade de perturbações antropogênicas. O ozônio é
depositado rapidamente no dossel da floresta úmida (Andreae et al., 1992), resultando em um eficiente sumidouro
superficial. Por outro lado, grandes quantidades de precursores de ozônio são emitidas na Amazônia, como por
exemplo o NOx que é emitido dos solos e da queima de biomassa (Smyth et al., 1996). Ao mesmo tempo, a
vegetação de floresta emite grandes quantidades de hidrocarbonos reativos, entre eles o isopreno (Zimmerman et
al., 1988). Estas emissões de hidrocarbonos são conhecidas ser um fator principal que controla a fotoquímica da
camada limite sobre a Amazônia, particularmente durante a estação úmida em que as fontes pirogênicas são
mínimas (Jacob e Wofsy, 1990). Possivelmente estas são as razões para os valores da concentração média do
ozônio observados na Reserva Ducke no período chuvoso à superfície por Kirchhoff et al., (1990) que foram de 2
3002
ppb no período noturno e 5,7 ppb no período diurno. Já os valores das concentrações médias observadas durante o
LBA-EUSTACH-99 na pastagem em Rondônia mostraram-se um pouco maior em relação a reserva Ducke, já que
variaram entre 5 ppb no período noturno e 11,76 ppb no período diurno para o nível de 0,5m, enquanto no nível de
4,5m foi de 7,93 ppb no período noturno e 12,8 ppb no período diurno, mostrando-se, portanto, mais conservador
no nível superior.
CONCLUSÕES
O presente trabalho mostra que a pastagem no período de transição entre o período chuvoso –seco
concentra maior quantidade de ozônio nos níveis mais altos do que próximo a superfície. A concentração máxima
foi observada por volta do meio-dia, tanto que a concentração média diurna foi de 11,76 ppb a 0,5m e 12,8ppb a
4,5m, enquanto que a concentração média noturna variou de 5ppb(0,5m) a 7,9pp(4,5m). A média diária registrada
no período foi de 9ppb à 0,5m e 11ppb a 4,5m, o que vem confirmar um gradiente da concentração negativo em
direção a superfície, como também de estes resultados parecem refletir os efeitos de uma menor ação fotoquímica e
maior perda de ozônio.
REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA
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O3#1
O3#2
30
25
20
15
10
5
0
dias
Figura 1
Variação média da concentração do ozônio (ppb) nas alturas 0,5m (O3#1) e 4,5m (O3#2) no período
observado.
3003
Tabela 1 Variação média diária da temperatura do ar (ºC) à 0,5m (Temp#1) e 4,5m (Temp#2), velocidade do
vento a 0,5m (ff#1) e 4,5m (ff#2) (m.s-1), temperatura do solo (ºC) (Tsolo), Umidade do solo (%),
radiação solar global (W.m-2) e precipitação (mm) no período observado de 01 a 17.05.1999.
Variáveis
Dias
01.05
02.05
03.05
04.05
05.05
06.05
07.05
08.05
09.05
10.05
11.05
12.05
13.05
14.05
15.05
16.05
17.05
Temp#1
Temp#2
Ff#1
Ff#2
Tsolo
Umidade
Solo
24.77
25.61
24.58
23.73
24.86
24.78
24.14
24.99
23.09
24.78
23.94
24.61
25.00
22.80
24.07
24.18
23.90
24.52
25.31
24.46
23.74
24.87
24.74
24.38
24.62
23.31
24.71
23.94
24.39
24.81
22.80
24.12
24.32
24.11
0.55
0.73
0.57
0.45
0.58
0.85
0.31
0.68
0.15
0.36
0.27
0.48
0.84
0.49
0.31
0.26
0.40
1.42
1.83
1.40
1.28
1.54
1.90
1.02
1.79
0.97
1.13
0.98
1.34
2.07
1.39
0.97
0.86
1.12
25.09
------25.23
23.68
22.73
22.49
25.77
24.29
23.09
23.48
23.61
29.68
27.48
26.08
25.19
25.07
------11.07
11.02
10.94
11.41
10.70
10.62
10.54
10.45
10.37
10.27
10.24
10.21
10.13
Radiação Precipitação
Global
18.93
19.74
14.34
14.13
17.62
16.49
12.55
12.59
--14.32
09.47
16.50
19.09
08.21
16.53
17.41
16.06
4.2
2.2
0.0
1.4
0.0
0.0
0.0
0.0
1.0
0.0
2.4
1.0
0.0
6.4
0.0
0.0
0.0
Ozônio#1
18
Ozônio#2
16
14
12
10
8
6
4
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
H o r a s
Figura 2
Variação média horária da concentração do ozônio nas alturas de 0,5m (Ozônio#1) e 4,5m
(Ozônio#2) no período observado.
3004