DEPOSIÇÃO SECA DE OZONO SOBRE VEGETAÇÃO RASTEIRA
NA REGIÃO DO ALENTEJO
M. S. FELICIANO e C. A. PIO
Departamento de Ambiente e Ordenamento, Universidade de Aveiro, 3810 Aveiro, Portugal
RESUMO
A deposição seca de ozono foi estudada experimentalmente numa superfície com
vegetação rasteira, na região do Alentejo. Os fluxos de ozono, juntamente com a
transferência vertical de energia e de dióxido de carbono, foram medidos pela técnica da
correlação turbulenta, durante 4 períodos de 2-3 semanas cada, entre Março e Julho de
1997. Os resultados mostram que a deposição de ozono varia diariamente segundo um
padrão característico, com valores diurnos (F ≅ 0.15-0.20 µg m-2 s-1; Vd ≅ 0.15-0.20 cm
s-1) superiores aos valores nocturnos. Esta variação dia/noite foi, no entanto, mais
acentuada em Março do que nos restantes meses. A avaliação da magnitude e da
variação temporal dos parâmetros de deposição de ozono, em conjunto com a actividade
fisiológica da vegetação, mostra que, além da difusão através dos estomas, este poluente
é removido por outros mecanismos. Estimativas da resistência estomática revelam que,
sobre vegetação senescente, os mecanismos não-estomáticos apresentam uma
contribuição idêntica, ou superior, aos mecanismos estomáticos.
PALAVRAS CHAVE: Ozono, deposição seca, correlação turbulenta, resistência de
superfície, resistência estomática.
1.
INTRODUÇÃO
Os constituintes atmosféricos são continuamente transferidos entre a atmosfera e a
superfície terrestre sem a acção directa da precipitação. Este processo de transferência
depende essencialmente das condições micrometeorológicas da camada superficial da
atmosfera, da capacidade da superfície absorver ou adsorver matéria e, ainda, do
ambiente químico e fotoquímico prevalecente [Erisman e Draaijers, 1995]. Nas últimas
décadas, a modelação deste processo, com recurso a esquemas de parametrização dos
mecanismos de superfície, tem merecido especial atenção, quer pela sua importância em
estudos sobre a qualidade do ar, quer na avaliação dos efeitos das cargas de poluentes
depositadas nos ecossistemas naturais [Pederson et al., 1995].
O ozono troposférico, pelos efeitos perniciosos que exerce, directa ou indirectamente,
sobre a vegetação e a saúde do Homem [Treshow e Anderson, 1989], tem sido um dos
poluentes mais estudados em relação à identificação e compreensão dos mecanismos
que regem a sua deposição [Galbally e Roy, 1980; Padro, 1996; Pedderson et al., 1995;
Pul e Jacobs, 1994; Wesely et al., 1978]. Estes estudos experimentais de campo,
1
conduzidos maioritariamente no Norte da Europa e dos E.U.A, demonstram que o ozono
se deposita predominantemente através dos estomas das plantas, podendo também
interagir quimicamente com outros elementos da superfície (cutícula, material seco,
solo, etc.). Todavia, como o processo de deposição seca é caracterizado por uma grande
variabilidade temporal e espacial, o desenvolvimento de algorítmos de deposição seca
de ozono, com base nestas observações, necessitam de ser testados nas condições
prevalecentes do sul da Europa. Nestas regiões o clima e os ciclos anuais de crescimento
da vegetação são diferentes. Como os invernos são mais moderados e os verões mais
quentes e secos, a vegetação apresenta um período de desenvolvimento mais acentuado
no inverno e primavera, acabando por secar no verão.
Com o objectivo de preencher parte da lacuna existente sobre a deposição seca de ozono
nas condições do sul da Europa, o Departamento de Ambiente e Ordenamento, no
âmbito dos projectos MEDFLUX e AMAZOC, levou a cabo um estudo experimental sobre
a transferência vertical deste poluente e de outros constituintes gasosos (dióxido de
carbono e vapor de água), usando a técnica da correlação turbulenta, num ecossistema
com vegetação rasteira situado na região do Alto-Alentejo.
Neste artigo, a magnitude e a variação temporal dos parâmetros de deposição seca de
ozono são avaliados, em conjunto com os fluxos de dióxido de carbono e de vapor de
água, de modo a identificar e compreender os mecanismos potencialmente envolvidos.
2.
TÉCNICA DA CORRELAÇÃO TURBULENTA (Eddy-Correlation)
Os fluxos verticais de massa e energia na interface atmosfera-superfície foram medidos
pelo método da correlação turbulenta (ou eddy-correlation) [Baldocchi et al., 1988;
Businger, 1980]. Com este método, o fluxo vertical de um uma propriedade escalar
assenta na correlação instantânea da quantidade dessa propriedade escalar com a
velocidade vertical do vento, w, a uma dada altura acima da superfície. Deste modo, o
fluxo de calor sensível, H, e o fluxo de um poluente ou de outros constituintes
atmosféricos, F, foram obtidos pelas seguintes expressões:
H = ρ a c p w ′T′
(Eq. 1)
F = w ′c ′
(Eq. 2)
Sendo, ρa e Cp a massa volúmica e o calor específico do ar, respectivamente. T é a
temperatura do ar e C a concentração do constituinte ou poluente atmosférico. Os
apóstrofos representam as flutuações (os desvios da média) das respectivas variáveis e a
barra horizontal superior indica uma média temporal.
3.
PARAMETRIZAÇÃO DOS FLUXOS DE DEPOSIÇÃO SECA DE OZONO
Em aplicações de modelação numérica ou em estudos onde os fluxos verticais têm de
ser estimados sem o uso directo de medições de campo, a deposição seca de um
poluente tem sido descrita analogamente à lei de Ohm, ou seja, considera que o poluente
atravessa 3 resistências em série, no seu percurso desde uma dada altura de referência
2
até ao seu contacto com a superfície receptora [Hicks et al., 1987]. Deste modo, o fluxo
de deposição seca de ozono, F, é expresso por:
F = − Vd ⋅ C = −
C
R a + Rb + Rc
(Eq. 3)
onde C é a concentração do poluente e Vd é a velocidade de deposição seca, definida
pelo inverso da soma de três termos: resistência aerodinâmica, Ra, resistência da camada
quasi-laminar do poluente, Rb, e resistência de superfície ou da canópia, Rc. Esta
aproximação permite separar a influência dos mecanismos atmosféricos relativamente
aos de superfície e parte do pressuposto de a concentração do constituinte à superfície
ser nula ou muito inferior à concentração do constituinte na atmosfera. Por convenção, o
fluxo vertical do poluente é negativo quando o transporte do poluente se dá da atmosfera
para a superfície e positivo quando ocorre no sentido contrário.
As duas resistências atmosféricas, Ra e Rb, foram estimadas pela seguinte expressão
[Erisman et al., 1994]:
ìï 1 é æ z − d ö
æ z0
z−d ö
÷ − Ψ H æç
R a + Rb = í
÷ + Ψ H çç
êlnçç
÷
è L ø
ïî ku * ëê è z 0 ø
è L
2ü
ì
öù üï ï 2 æ S c ö 3 ï
÷÷ú ý + í ku çè Pr ÷ø ý
øûú ï ï *
î
(Eq. 4)
sendo k a constante de Von Karman determinada experimentalmente como sendo
aproximadamente de 0.4, z0 o comprimento de rugosidade, d a altura de deslocamento do
perfil vertical em relação ao plano zero e ΨH (z/L) uma função integrada de correcção da
relação fluxo de calor-gradiente de tempratura, em condições de atmosfera instável ou
estável [Dyer e Hicks, 1970]. Pr e Sc são os números adimensionais de Prandtl e de
Schmidt, respectivamente. O comprimento de Monin-Obukhov, L, e a velocidade de
fricção, u* , foram directamente calculados pelo método da correlação turbulenta.
A resistência da canópia, Rc, é a mais difícil de descrever matematicamente, uma vez
que envolve a interacção físico-química do poluente com a superfície receptora. Neste
estudo, a resistência de superfície do ozono numa superfície com vegetação foi descrita,
com base na aproximação Big-Leaf [Hicks e Matt, 1988], pela soma de duas resistências
em paralelo: a resistência estomática, Rstom, associada à difusão do poluente através dos
estomas, e a resistência não-estomática, Rnstom, que inclui todas as outras vias de
remoção, como a interacção dos poluentes com a cutícula, solo, material seco, etc:
Rc =
Rstom Rnstom
Rstom + Rnstom
(Eq. 5)
A determinação de Rc como resistência residual, através da equação 3, juntamente com
estimativas da resistência estomática são, por isso, fundamentais para a identificação e
compreensão dos mecanismos envolvidos que ocorrem ao nível da superfície.
O procedimento de cálculo, designado por método directo, deriva Rstom a partir do fluxo
de vapor de água e da humidade absoluta, a uma dada altura acima da superfície,
3
considerando que a cavidade estomática se encontra saturada em vapor de água [Jensen
e Hummelshöj, 1995]:
é q − q0
ù DO 3
− ( Ra + Rb ,H 2O )
Rstom ,O 3 = ê
DH 2O
ë w' q'
(Eq. 6)
onde q é a humidade absoluta, q0 é a humidade absoluta no ponto de saturação à
temperatura da folha, e w'q ' é o fluxo turbulento de vapor de água. DH2O e DO3 são as
difusividades moleculares da água e do ozono, respectivamente [Hicks et al., 1987].
Um outro método, frequentemente usado, determina a resistência estomática por readaptação da equação de Penman-Monteith [Kim e Verma, 1991]:
æ ρaC p
æs
ö
R stom,O3 = (R a + Rb, H 2O ) çç β − 1÷÷ + (β + 1) çç
èγ
è γ
ö æ e s (T ( z )) − e( z ) ö DO 3
֍
֍
Rn − G
D H 2O
è
(Eq. 7)
onde s é o delive da curva da pressão de vapor de saturação-temperatura, β é a razão
de Bowen que relaciona o fluxo de calor sensível com o fluxo de calor latente
(β =(H/λE)), e(z) é a pressão de vapor, es(T(z)) é a pressão de vapor de saturação à
temperatura T e altura z, γ é a constante psicométrica, Rn é o balanço de radiação e G é o
fluxo de calor do solo.
4.
PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL
4.1 Local de amostragem
Durante o período compreendido entre Março e Julho de 1997 foram realizadas 4
campanhas experimentais de campo, de 2-3 semanas de duração, num ecossistema
localizado na região do Alto-Alentejo. O sistema de monitoração foi instalado numa
área localizada sensivelmente a 10 Km a sul de Montemor-o-Novo e a 70-80 km a
sudeste de Lisboa (38º 33’ 58’’ N//8º 18’ 22’’ W). A área de estudo consiste numa
ampla superfície com ligeiras ondulações, sendo coberta maioritariamente por uma
mistura de herbáceas, usadas por vezes na alimentação (pastagens ou feno) de gado
bovino. Em Março e Abril, a vegetação atingiu uma altura de cerca de 10 cm e o LAI (1
lado da folha) das plantas verdes foi estimado em 0.47. A superfície estava
completamente coberta, mas continha uma larga quantidade de material seco. Em Junho,
a vegetação apresentava-se na sua fase terminal, com algumas espécies em floração,
com uma altura média entre os 20 e os 40 cm e um LAI estimado em 0.81. Em Julho, a
superfície exibia uma coloração amarelo-acastanhada resultante do estado de
senescência acentuado da vegetação. No local existem também alguns sobreiros, em
aglomerados ou dispersos, que perturbam o escoamento (fetch pequeno),
principalmente no sector 70-100º. Nos sectores 160º - 180º e 270º - 290º encontram-se a
uma distância não inferior a 200 metros relativamente ao ponto de medição.
Em termos meteorológicos, esta região é caracterizada por um clima semi-árido. Ao
longo dos vários períodos de medição as fortes insolações, as baixas humidades
relativas e as elevadas temperaturas foram quase uma constante. Importa realçar que em
4
Março foram registadas condições meteorológicas bastante peculiares, com valores de
temperatura superiores aos de Abril e Junho e com humidades relativas bastante
inferiores às observadas nos outros meses. No que concerne às características do vento,
observou-se, em Março e Abril, a ocorrência de ventos predominantes de sudeste, com
intensidades médias a variar entre 2 e 3 m s-1 ao longo do dia, sem um padrão bem
definido. Em Junho e Julho, o padrão diário de variação do vento foi mais nítido quer na
intensidade quer na direcção. Nestes meses, o vento soprou predominatemente de
Sudoeste durante o dia e de Noroeste durante a noite, com intensidades máximas
médias da ordem dos 5 m s-1, por volta das 6 horas da tarde. Como é usual nesta região
do sul de Portugal, os eventos de precipitação foram pouco frequentes e a quantidade de
chuva foi efectivamente muito baixa. As maiores quantidades de precipitação foram
registadas no período de Abril com aproximadamente 4 mm dos cerca de 8 mm
registados durante os 4 períodos de medição.
4.2 Sistema de medição
A transferência de calor sensível e calor latente juntamente com os fluxos verticais de
ozono e de dióxido de carbono foram medidos pela técnica da correlação turbulenta
usando um sistema automatizado desenvolvido, quase na totalidade, por uma instituição
holandesa (Netherlands Energy Research Foundation-ECN) [Vermeulen, 1998].
Basicamente, o sistema é constituído por um anemómetro ultra-sónico (Solent research
Gill), posicionado no topo de um mastro de 5 metros de altura. Este instrumento mede,
com uma frequência de 21Hz, as três componentes (u, v, w) da velocidade do vento e a
temperatura do ar com base na velocidade do som. O registo instantâneo da
concentração relativa de ozono é obtido através de uma sonda de resposta rápida (50
ms), GFAS/OS-G-2, que amostra o ar ambiente através de um tubo de teflon de 50 cm
de comprimento. Este sensor é calibrado on-line usando para o efeito um analisador
absoluto de ozono, cujo princípio de operação assenta na absorção de UV (ThermoElectron modelo 49 PS).
Os fluxos de CO2 e H2O são conseguidos através da medição instântanea das
concentrações destes constituintes, com um analisador NDIR (LI-6262) operado em
modo absoluto. O ar ambiente é amostrado, a um caudal constante de 8 l min-1, através
de uma tubagem de teflon de cerca de 6 metros de comprimento. A célula de referência
é purgada, em contínuo, por uma corrente gasosa de azoto molecular, proveniente de
uma garrafa pressurizada. O caudal desta corrente é de aproximadamente 500 ml min-1.
Ambos os caudais são regulados através de micro-válvulas e medidos com
controladores de fluxo mássico. Este analisador foi calibrado, manualmente, todos os
dias. Os fluxos de vapor de água foram também medidos usando um sensor higrómetro
Krypton KH2O da Campbell Scientific. Adicionalmente, o sistema possibilitou ainda a
medição da radiação global, do balanço de radiação, da humidade relativa, da
temperatura do ar e do solo e da quantidade de precipitação.
Toda a informação recolhida foi processada em tempo real segundo o algorítmo
implementado por McMillen [McMillen, 1988; Baldocchi et al. 1988], de modo a
melhorar a fiabilidade das medições efectuadas pela técnica da correlação turbulenta. As
5
particularidades deste algorítmo prendem-se com o alinhamento vertical do sensor do
vento em relação às linhas de corrente do escoamento, a correcção referente ao atraso do
sinal da concentração de ozono, CO2 e H2O relativamente ao sinal da componente
vertical da velocidade do vento, e na determinação da componente flutuante das
variáveis turbulentas.
5.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
As observações referentes a condições ambientais teoricamente desfavoráveis para a
medição de fluxos, pelos métodos micrometeorológicos, foram eliminadas através da
aplicação de uma série de restrições. No quadro I apresentam-se as condições que
definem os limites de validação, juntamente com a percentagem de dados
remanescentes, após a aplicação sequencial de cada critério. A eliminação de dados foi
bastante significativa em Março e Abril, mas pouco relevante em Junho e Julho.
Atendendo a que a maior parte dos períodos removidos estão maioritariamente
associados a condições de fraco transporte vertical, os valores médios referentes ao
fluxo e à velocidade de deposição são ligeiramente sobre-estimados, sobretudo para o
período nocturno.
Quadro I: Percentagem de dados remanescentes, após a aplicação sequencial de uma série de
critérios de rejeição.
Campanhas Experimentais
Março
Abril
Junho
Julho
Critérios de Validação
Dir. Vento (Fetch )
Velocidade do vento
Hipótese de Taylor
Velocidade de fricção
Coeficiente de arrasto
Estabilidade atmosférica
Sentido do fluxo
[0 − 70] ∨ [100 − 360]
93.43
83.3
100
99.2
-1
86.9
78.4
98.3
97.1
84.1
73.2
96.1
91.1
U* ≥ 0.5 m s
Cdrag < 0.02
67.3
63.5
93.1
88.1
66.7
62.9
92.9
87.6
L >1 m
FO 3 ≤ 0
65.3
61.2
91.4
85.6
64.5
56.4
84.4
84.9
65
56
84
85
U ≥1 ms
σU ≤ 0.5 U
-1
% Total de dados remanescentes
A evolução temporal média dos parâmetros de deposição seca de ozono (concentrações,
fluxos, velocidades de deposição e resistência de superfície) estão representados
graficamente na figura 2. Nesta figura, os eixos das abcissas correspondem ao tempo
universal (UTC) e os eixos das ordenadas representam a média robusta [Ripley, 1989]
dos valores medidos em cada intervalo de 15 minutos, ao longo de cada campanha
experimental. Da análise dos resultados constata-se que este poluente se deposita
diariamente segundo um padrão típico, com valores máximos observados durante o dia
(F ≅ 0.15-0.20 µg m-2 s-1) e valores mínimos durante a noite (F < 0.1µg m-2 s-1).
Também se verifica que as moléculas de ozono são removidas de forma mais eficiente
na presença de luz solar (Vd ≅ 0.15-0.20 cm s-1) do que na sua ausência (Vd < 0.1cm s-1).
Em termos de variação mensal, verificamos que este poluente se depositou de forma
mais eficiente e em maiores quantidades em Março do que nos restantes meses, durante
6
o período diurno. Foi também neste mês que a variação dia/noite atingiu valores mais
elevados. Nos outros meses, a deposição de ozono durante o dia foi muito semelhante
na forma e na magnitude. À noite, a deposição foi mais acentuada e eficiente em Junho
e Julho do que em Março e Abril.
A descrição de Vd em termos de resistências demonstra que os mecanismos de superfície
moldam o padrão de deposição deste poluente, principalmente durante o período diurno.
Embora Ra e Rb não estejam graficadas, a soma dos seus valores é consideravelmente
inferior aos valores da resistência de superfície. Durante o período diurno, os valores
mínimos de Rc foram registados em Março (Rc ≅ 400 s m-1) e os valores máximos nos
restantes meses (Rc ≥ 600-750 s m-1). Os valores nocturnos de Rc são, em média,
superiores aos diurnos, tendo atingido em Março e Abril valores máximos da ordem dos
1500 s m-1 e de 800-900 s m-1 em Junho e Julho.
Os valores de Vd encontrados neste estudo estão muito próximos do limite inferior da
gama obtida, por outros autores, em vários tipos de vegetação de baixo porte [Delany et
al., 1986; Massman, 1993; Padro, 1996; Wesely et al., 1978]. De um modo geral, o
intervalo de valores publicados varia entre valores nocturnos inferiores a 0.1 cm s-1 e
valores diurnos até 1 cm s-1. De facto, os valores diurnos de Vd registados são
relativamente mais baixos do que os observados em ecossistemas com vegetação mais
viçosa, mas são comparáveis aos valores obtidos em superfícies com vegetação
senescente [Padro, 1996; Pederson et al. 1995]. Cieslik e Labatut [1997] obtiveram
também valores diurnos de Vd da ordem dos 0.2 cm s-1 num ecossistema mediterrânico
(“pseudo-estepe”), coberto com vegetação rasteira, durante a estação seca.
a
120
-1
Vd O3 (cm s )
O3 (µg m-3)
100
80
60
Março
Abril
Junho
Julho
40
0.24
c
Total
Diurno
Nocturno
f
0.16
0.08
20
0.00
b
0.00
g
d
1800
1500
Rc O3 (s m )
-0.08
-1
Fluxo O3 (µg m-2 s-1)
Março
Abril
Junho
Julho
0.32
-0.16
1200
900
600
-0.24
300
-0.32
00:00
0
06:00
12:00
18:00
24:00
00:00
UTC
06:00
12:00
18:00
24:00
Mar Abr Jun Jul
UTC
Fig. 1: Variação diária média dos parâmetros de deposição seca de ozono observada nas
diferentes campanhas experimentais levadas a cabo no local dos Baldios: a)
concentração; b) fluxo de deposição; c) velocidade de deposição e d) resistência de
superfície. A separação dos valores de Vd e Rc entre o período diurno e nocturno é
também apresentada nos gráficos f e g, respectivamente.
As condições de superfície, nomeadamente a baixa actividade biológica da vegetação,
parecem ser, à luz do conhecimento adquirido nestas últimas décadas, o factor
7
responsável pelos baixos valores de Vd. Esta correlação entre actividade biológica da
vegetação e deposição seca de ozono foi também encontrada num estudo de longa
duração levado a cabo num ecossistema coberto com vegetação rasteira, na região de
Aveiro (Portugal), onde os valores médios diurnos de Vd variaram de 0.4 a 0.15 cm s-1 e
os de Rc de 200 a 700 s m-1, entre Fevereiro (vegetação vigorosa) e Agosto (vegetação
senescente) [Pio et al., 1999].
Para melhor compreendermos a complexidade deste fenómeno e podermos determinar
com maior confiança as relações de causa-efeito, o perfil diário médio da transferência
vertical de CO2 e da razão de Bowen (β) são representados na figura 2. Estas duas
variáveis estão geralmente interligadas e fornecem-nos informação importante sobre o
estado biológico da vegetação e o conteúdo de água do solo. Enquanto os fluxos de
CO2 caracterizam a actividade fotossintética das plantas, os fluxos de vapor de água
podem ser usados para avaliar o stress hídrico das mesmas.
Analisando os valores de β constatamos que entre Março e Julho houve uma diminuição
progressiva de transferência de energia sob a forma de calor latente. Este facto reflecte o
aumento da escassez de água no solo, bem como a diminuição das taxas de transpiração,
através dos estomas das plantas, ao longo dos diferentes períodos. As baixas trocas
gasosas através dos estomas é também ilustrada pela variação diária da transferência de
CO2. Os fluxos negativos de CO2, observados durante o período diurno, correspondem à
fixação deste componente pelos estomas, durante a realização do processo de
fotossíntese. Os fluxos positivos (emissão) resultam do processo de respiração das
plantas e da produção deste constituinte ao nível do solo. Comparando com os valores
publicados, constata-se que estes fluxos de CO2 se encontram dentro da gama de valores
típicos para vegetação próxima ou em estado de senescência [Kim e Verma, 1990].
Ripley e Saugier [1974] observaram taxas de absorção de CO2 inferiores a 0.3-0.4 mg
m-2 s-1, em pradarias de vegetação rasteira e senescente. Em vegetação vigorosa as taxas
de CO2 atingem valores consideravelmente superiores [Hensen et al., 1995].
Março
Abril
Junho
Julho
5
4
0.2
Fluxo CO2 (mg m-2 s-1)
Razão de Bowen, β
6
3
2
1
0
Junho
Julho
0.1
0.0
-0.1
-0.2
-1
8h
10h
12h
14h
16h
00:00
18h
UTC
06:00
12:00
UTC
18:00
24:00
Fig. 2: Variação média diária da transferência vertical de CO2 e da razão de Bowen,
estimada para os 4 períodos de medição. No período de Março, a estimativa dos
valores médios de β apenas foram possíveis nos últimos 5 dias. Os fluxos de CO2
não foram medidos, nem em Março nem em Abril.
Apesar da transferência de CO2 não ter sido medida nas duas primeiras campanhas
experimentais, a evolução mensal dos valores de β, reforçada pela avaliação in loco do
8
coberto vegetal, demonstra que a absorção de CO2 pelas plantas sofreu uma diminuição,
mais ou menos gradual, entre Março e Julho. À medida que a disponibilidade de água
na interface solo-raízes diminui, o potencial hídrico da folha também diminui e,
consequentemente, os estomas tendem a fechar. Se a resistência estomática aumenta, as
taxas de transpiração e de absorção de CO2 decrescem, e o desenvolvimento vegetativo
é fortemente afectado. Em consonância com este raciocínio, podemos deduzir que em
Março prevaleceram as condições ambientais mais favoráveis à ocorrência de trocas
gasosas através dos estomas. A partir desse período, as condições meteorológicas que se
fizeram sentir limitaram, ainda mais, as taxas de crescimento da vegetação. De Junho
para Julho, o coberto vegetal sofreu um declínio bastante mais acentuado.
A magnitude e a variabilidade temporal dos parâmetros de deposição de ozono, nos
Baldios, parece, portanto, estar fortemente associada ao comportamento fisiológico da
vegetação. Durante o período diurno o ozono difunde-se através dos estomas, sendo
destruído rapidamente nos tecidos internos das plantas [Musselman e Massman, 1999].
À noite com os estomas fechados, ou quando a vegetação está biologicamente inactiva,
a quantidade depositada de ozono não pode ser ignorada, mas é consideravelmente
inferior. Neste último cenário, a deposição pode resultar da interacção química do ozono
com os mais variados elementos da superfície [Galbally e Roy, 1980].
A contribuição dos mecanismos estomáticos relativamente aos não-estomáticos foi
investigada através da comparação entre a resistência estomática, Rstom, obtida pelas
equações 6 e 7, e os valores experimentais da resistência de superfície, Rc. As
estimativas de Rstom partem do pressuposto de que todo o fluxo de vapor de água resulta
do processo de transpiração estomática. De modo a reduzir ou eliminar a contribuição
da evaporação da massa de água interceptada pela superfície (solo e vegetação), após
um evento de precipitação ou orvalho, Rstom foi estimada a partir de dados experimentais
recolhidos em dias secos, entre as 11:00 e as 17:00 horas locais. A figura 3 mostra os
principais resultados desta análise. Se atentarmos no gráfico 3a, referentes ao período de
Abril, da correlação entre 1/Rc e 1/Rstom infere-se que, em média, Rnstom (deduzida a partir
da equação 5) se mantém mais ou menos constante (≅ 2000 s m-1) ao longo do período
diurno. Deduz-se também que o fluxo de ozono através desta via de remoção é da ordem
dos 20 a 30% do total depositado. Ao invés, no período de Julho (gráfico 3b), observase que a deposição de ozono resulta, em grande parte (50-60%), da acção de
mecanismos não-estomáticos, os quais são caracterizados por uma resistência bastante
mais variável, com um valor médio a rondar os 1000 s m-1. Esta variabilidade exibida
em Julho revela que estes mecanismos são difíceis de identificar e compreender.
Cientes dos potenciais erros inerentes às estimativas de Rstom, sobretudo neste tipo de
superfície com vegetação pouco vigorosa, não podemos, todavia, deixar de realçar o
facto de os valores nocturnos de Rc (ver figura 2) apresentarem uma magnitude e uma
variação mensal muito semelhante à resultante da análise dos valores diurnos de Rnstom.
Repare que à noite a deposição ocorre, única e exclusivamente, por acção de
mecanismos não-estomáticos e, portanto, Rc é igual a Rnstom.
9
0.5
a)
0.5
1:1
0.3
0.2
0.1
0.0
0.0
1:1
0.4
1/Rc O3 (cm s-1)
1/Rc O3 (cm s-1)
0.4
b)
0.2
0.3
0.4
0.2
0.1
Regressão Linear
0.1
0.3
0.0
0.0
0.5
1/Rstom O3 (cm s-1)
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
1/Rstom O3 (cm s-1)
Fig. 3: Relação entre a conductância estomática, 1/Rstom, estimada pelo método directo, e a
conductância de superfície do ozono, 1/Rc, derivada de informação recolhida em
dias secos, entre as 11 e as 17 horas locais, nos períodos de a) Abril e b) Julho.
O ozono é um gás reactivo que pode interagir quimicamente com um elevado número de
elementos da superfície. A maior ou menor afinidade química depende essencialmente
das características físico-químicas e biológicas dos elementos que compõem essa
superfície e de factores meteorológicos com influência directa na reactividade e na
solubilidade do poluente. A temperatura e a radiação global têm sido apontados como
factores que promovem a deposição de ozono [Galbally e Roy, 1980]. O papel da
humidade da superfície também tem sido estudado, mas a informação experimental
recolhida não tem proporcionado um entendimento inequívoco sobre a relação causal
existente. Enquanto alguns autores encontraram uma correlação negativa entre esta
variável e a remoção de ozono, justificada com base na baixa solubilidade deste
poluente em água pura [Wesely et al., 1978], estudos mais recentes mostram que a
humidade da superfície aumenta substancialmente a sua deposição [Pleijel et al., 1995].
A influência das condições meteorológicas sobre os mecanismos não-estomáticos
também foi investigada neste trabalho, mas não foi encontrada qualquer correlação
plausível e consistente entre essas variáveis climáticas e a deposição não-estomática de
ozono. A explicação mais provável da variação mensal exibida por 1/Rnstom (ou Rnstom)
parece, portanto, resultar do facto de os elementos da superfície presentes em Junho e
Julho serem mais facilmente atacados pelo ozono do que os elementos que constituiam a
superfície em Março e Abril. A hipótese de o ozono poder apresentar maior afinidade
química com o material cuticular seco do que com as superfícies cuticulares de plantas
verdes carece, contudo, de demonstração experimental. Gow et al. [1999] também
verificaram, laboratorialmente, que durante o processo de secagem a vegetação emite
maiores quantidades de compostos orgânicos voláteis (COVs), os quais ao reagirem
com o ozono, podem representar um mecanismo adicional de remoção. Nesta fase
parece-nos contudo que qualquer explicação justificativa da evolução temporal de Rnstom
é meramente especulativa. Pois, a coexistência e a interligação dos mecanismos
potencialmente envolvidos, bem como a resposta destes a vários factores ambientais,
dificulta a determinação exacta do ou dos mecanismos mais relevantes, em cada
momento.
10
6.
CONCLUSÃO
Os fluxos e as velocidades de deposição, registados nesta região Alentejana, estão no
limite inferior dos valores publicados para superfícies com coberto vegetal. Estes baixos
valores devem-se sobretudo ao fraco desenvolvimento vegetativo, induzido pela
meteorologia local e pelo tipo de solo. Os resultados confirmam ainda que, além da
difusão de ozono através do estomas, existem mecanismos adicionais de remoção, não
identificados, resultantes da interacção do ozono com a cutícula, material seco, etc.
A avaliação da contribuição relativa de cada um dos mecanismos (estomáticos e nãoestomáticos) demonstra que, embora a remoção de ozono por mecanismos nãoestomáticos seja pouco eficiente, em condições como as prevalecentes neste estudo
apresenta uma contribuição da mesma ordem de grandeza, ou superior, à remoção
resultante dos mecanismos estomáticos.
Finalmente, importa salientar que este estudo permitirá o desenvolvimento de uma
parametrização mais consistente, para as condições prevalecentes no Sul da Europa.
Embora os modelos existentes (por exemplo, o modelo de Wesely [Wesely, 1989])
possam ser generalizados para esta região da Europa, os parâmetros de entrada devem
ser re-adaptados, de modo a descreverem adequadamente o estado fisiológico e de
crescimento da vegetação.
7.
AGRADECIMENTOS
Os autores expressam os seus agradecimentos à Comunidade Europeia pelo apoio financeiro
concedido para a realização deste estudo, através do projecto MEDFLUX (contract nº ENV4CT95-0034) e à Fundação para a Ciência e Tecnologia pelo apoio financeiro através do
projecto AMAZOC e da bolsa de doutoramento atribuída a Manuel Feliciano. Também não
podem deixar de manifestar a sua gratidão à família Nunes de Montemor-o-Novo pela
disponibilização do local e de algumas condições logísticas mais prementes.
8.
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