Prof. Dr. Marcus Tullius Scotti A POLUIÇÃO DA ESTRATOSFERA [email protected] Prof. Dr. Marcus Tullius Scotti A diminuição global do O3 estratosférico •Durante os anos 80 houve uma diminuição geral na concentração O3 •A maior parte da perda ocorre na estratosfera inferior •As reações ocorrem em cristais de gelo e gotículas líquidas frias de várias substâncias, como o H2SO4 •Os vulcões emitem SO2 que são oxidados à ácidos •Após a erupção do Monte Pinatubo, Filipinas, em 1991 e do vulcão El Chinchón, México, em 1982 ocorreu uma depleção mensurável de O3 Prof. Dr. Marcus Tullius Scotti O aumento da radiação UV na superfície terrestre •A quantidade de radiação UV-B aumenta de 3 a 6 vezes na Antártida, durante a primavera •Devido ao deslocamento do ar estratosférico, níveis elevados de radiação UV-B estão sendo determinados na Argentina Prof. Dr. Marcus Tullius Scotti •No Canadá, entre 1989 e 1993, os níveis de radiação UV-B foram: - 5% maiores no inverno - 2% maiores no verão •A depleção do O3 aumentou significativamente após a erupção do Monte Pinatubo Prof. Dr. Marcus Tullius Scotti Compostos químicos que destroem o O3 * Compostos antropogênicos orgânicos clorados e bromados * Alguns compostos não possuem um processo de remoção natural Figura 5. Concentrações de cloro estratosférico, reais e previstas, em função do tempo. Prof. Dr. Marcus Tullius Scotti Clorofluorcarbonetos (CFCs) •Parte do aumento de cloro estratosférico se deve aos CFCs •Na década de 80, 1 milhão toneladas de CFCs foram emitidas •Os CFCS são: atóxicos, não-inflamáveis, propriedades úteis de condensação não-reativos e possuem Prof. Dr. Marcus Tullius Scotti Alguns exemplos: CFC-12 (CF2Cl2) - usado como fluído circulante em refrigeradores, ar condicionado para automóveis CFC-11 (CFCl3) - usado como isolante em refrigeradores, congeladores, edifícios CFC-13 (CF2Cl-CFCl2) - usado para limpar graxas, cola e resíduos de placas de circuitos eletrônicos Prof. Dr. Marcus Tullius Scotti •Como não possuem sumidouro troposférico, as moléculas de CFCs atingem a estratosfera •Na estratosfera são ativados segundo a reação: CF2Cl2 + UV-C CF2Cl• + Cl• •O tempo de vida atmosférico médio são de: - 60 anos para o CFC-11 - 105 anos para o CFC-12 •O CFC-11 é decompostos em latitudes inferiores, onde a concentração de O3 é maior Prof. Dr. Marcus Tullius Scotti Substitutos dos CFCs •Todos os substitutos possuem um átomo de hidrogênio ligado ao átomo de carbono OH* + H C H2O + radical livre baseado em C finalmente CO2 e HCl •Desta forma, estes compostos podem ser facilmente eliminados da troposfera Prof. Dr. Marcus Tullius Scotti •Os substitutos dos CFCs são denominados de HCFCs •Um composto largamente utilizado é o CHF2Cl (HCFC-22) - condicionadores de ar doméstico - geladeiras - substituto do CFC-11 nos processos de espumação •A curto prazo o HCFC-22 apresenta capacidade de destruição do O3 15% maior do que o CFC-11 •A longo prazo, este potencial é 5% menor do que o CFC-11 Prof. Dr. Marcus Tullius Scotti •Os hidrofluorcarbonetos (HFCs) são os principais substitutos para os CFCs e HCFCs •Utilizado principalmente no lugar do CFC-12 •Os HFCs formam HF •Podem formar o ácido trifluoroacético (TFA), que inibe o crescimento de plantas Prof. Dr. Marcus Tullius Scotti Compostos que contêm Bromo e Iodo •Substâncias que possuem Bromo sem Hidrogênio são denominados de halons (CF3Br e CF2BrCl) •São utilizados em extintores de incêndios •Estes compostos são decompostos por via fotoquímica produzindo Bromo e Cloro, que catalisam a destruição do O3 Prof. Dr. Marcus Tullius Scotti Acordos internacionais sobre a produção de CFCs e outras SDOs •Sherwood Rowland, Mario Molina (University of California) e Paul Crutzen (químico holandes) – ganhadores do Prêmio Nobel de Química em 1995 •Trabalho sobre a depleção de O3 •Gradativamente os CFCs estão sendo eliminados •A primeira reunião, em Montreal, em 1987, culminou no Protocolo de Montreal Prof. Dr. Marcus Tullius Scotti •Nos países desenvolvidos a produção legal de CFCs foi extinguido em 1995 •Os países em desenvolvimento possuem um prazo até 2010 para cessar a produção de CFCs •O prazo para a eliminação de HCFCs nos países desenvolvidos é até 2030, e nos países em desenvolvimentos até 2040 •A fabricação dos halons foi proibida a partir de 1994 •O brometo de metila devrá ser eliminado até 2005 (usado para esterilizar solos antes de plantações de morango, tomates, uvas, tabaco e flores) Prof. Dr. Marcus Tullius Scotti •Como resultados destes acordos o nível máximo de cloro atingiu um máximo em 1994, e a tendência agora é a sua redução •Esta redução é lenta: - as moléculas demoram um longo período para chegar a estratosfera e se dissociar - lentidão na remoção de cloro e bromo da estratosfera - entrada continuada de algum cloro e bromo na atmosfera Prof. Dr. Marcus Tullius Scotti EFEITO ESTUFA Prof. Dr. Marcus Tullius Scotti Introdução Efeito estufa – é um efeito que causa o aumento da temperatura média global devido o aumento de gás carbônico e outros gases lançados na atmosfera O efeito estufa vem sendo observado desde 1860 Não se pode prever quais as conseqüências exatas dos problemas relacionados ao efeito estufa Prof. Dr. Marcus Tullius Scotti O mecanismo do efeito estufa •A superfície e a atmosfera da terra são mantidas aquecidas principalmente pela energia solar •Grande parte da luz UV é absorvida na estratosfera •De toda a luz incidente na terra, 50% é absorvida na superfície •20% da luz é absorvida por gases (O3, O2, CO2 e H2O) •30% da luz é refletida Prof. Dr. Marcus Tullius Scotti Uma parte do aumento de temperatura pode ser atribuída diretamente ao aumento no fluxo de energia emitida pelo Sol Figura 1. Temperatura global média da superfície, relativa à média no período entre 1880-1920 desde 1860. Prof. Dr. Marcus Tullius Scotti •A quantidade de energia recebida pela Terra é emitida •A energia emitida se situa na região do infravermelho (IR) •Algumas moléculas, como o CO2, absorvem neste comprimento de onda e reemite novamente para a Terra •Este efeito estufa “natural” explica o fato da temperatura estar próximo aos +15ºC ao invés de –15ºC •O que preocupa os cientistas são os aumentos dos gases capazes de absorver no IR Prof. Dr. Marcus Tullius Scotti Figura 2. Esquema de funcionamento do efeito estufa na troposfera terrestre. Prof. Dr. Marcus Tullius Scotti Vibrações moleculares: absorção de energia pelos gases indutores do efeito estufa •A luz é absorvida totalmente quando sua freqüência se iguala à freqüência do movimento interno de uma molécula •Os movimentos relevantes para as freqüências na região do IR são as vibrações •O movimento de vibração mais simples é o estiramento da ligação Prof. Dr. Marcus Tullius Scotti •Em cada segundo ocorre cerca de 1013 ciclos vibracionais •A freqüência exata dependo do tipo de ligação (simples, dupla, tripla) e dos átomos envolvidos na ligação •C-F possuí freqüência de estiramento entre 4m a contribuindo para o efeito estufa 50 m, IR térmico, •Um outro tipo relevante de vibração é a vibração de deformação angular •Ocorre em moléculas com mais de 3 átomos Prof. Dr. Marcus Tullius Scotti Os principais gases indutores do efeito estufa Dióxido de Carbono •As moléculas de CO2 absorvem 50% da luz IR térmica refletida •Antes de 1750 a concentração de CO2 era de 280 ppm •Em 1998 a concentração de CO2 passou para 365 ppm •Anualmente, ocorre um aumento de 0,4% (1,5 ppm) Prof. Dr. Marcus Tullius Scotti Figura 3. Tendências anuais da concentração de CO2 atmosférico em anos recentes. O inserto ilustra as oscilações típicas ao longo dos anos. Prof. Dr. Marcus Tullius Scotti •Durante a primavera e o verão, com o aumento da vegetação, ocorre uma diminuição na concentração de CO2 Processo de fotossíntese: CO2 + H2O O2 + CH2O polimérico •Grande parte do aumento das contribuições antropogênicas do CO2 se deve à queima de combustíveis fósseis •Nos países industrializados, cada cidadão é responsável pela emissão de 5.000 kg de CO2 por ano Prof. Dr. Marcus Tullius Scotti •Nos países em desenvolvimento, cada indivíduo gera cerca de 500 kg de CO2 por ano •Os desmatamentos e a queima das árvores contribuem com 25% da emissão antropogênica do CO2 •O tempo de vida do CO2 é complexo: - Após a sua emissão ela pode ser incorporada na água do mar ou em uma planta - Após alguns anos elas retornam ao ambiente (CaCO3) - O único sumidouro permanente são as águas profundas do oceano Prof. Dr. Marcus Tullius Scotti •56% das emissões de CO2 ocorridas nas últimas décadas ainda estão no ar •A capacidade das águas superficiais dos oceanos de absorver o CO2 pode diminuir com o aumento da temperatura •O aumento da temperatura do ar também deve aumentar a quantidade de CO2 na atmosfera devido o aumento da decomposição da matéria orgânica Prof. Dr. Marcus Tullius Scotti Figura 4. Fluxos anuais de CO2 antropogênico para dentro e para fora da atmosfera verificados para meados dos anos 80, em unidades de gigatoneladas de carbono. Prof. Dr. Marcus Tullius Scotti •A elevação do índice de crescimento de alguns tipos de árvores devido ao aumento da concentração CO2 é denominado de fertilização por CO2 •O aumento da biomassa das florestas temperadas setentrionais •Nos anos 70 e 80 as florestas européias acumularam cerca de 100 milhões de toneladas de CO2 •O ciclo global do CO2 ainda não está totalmente esclarecido Prof. Dr. Marcus Tullius Scotti Vapor de água •As moléculas de vapor de H2O podem absorver luz IR térmica •Considerando a quantidade de H2O(g) existente, pode-se dizer que esta representa o gás estufa mais importante na atmosfera •A H2O líquida presente nas nuvens também absorvem IR térmico - Nuvens situadas à baixas altitudes refletem mais luz solar do que absorve - Nuvens situadas à altas altitudes absorvem mais luz solar do que refletem Prof. Dr. Marcus Tullius Scotti Outras substâncias que afetam o aquecimento global Tabela. Resumo da informação sobre alguns gases indutores do efeito estufa Prof. Dr. Marcus Tullius Scotti Gases traços: Tempo de resistência atmosférico •O impacto de uma substância depende do tempo em que esta permanece na atmosfera Tmédio=C/R Tmédio = tempo de residência C = quantidade atmosférica total R = taxa média de aporte ou remoção Dióxido de Carbono CO2 •As moléculas de CO2 absorvem 50% da luz IR térmica refletida •Antes de 1750: 280 ppm •Em 1998: 365 ppm •Anualmente: aumento de 0,4% (1,5 ppm) O C O estiramento simétrico O C O estiramento assimétrico 34
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