Universidade Federal de São João del-Rei
Coordenadoria do Curso de Química
Compostos orgânicos voláteis e a sua
importância no contexto ambiental
Ana Cláudia dos Santos
São João del-Rei – 2014
COMPOSTOS ORGÂNICOS VOLÁTEIS E A SUA
IMPORTÂNCIA NO CONTEXTO AMBIENTAL
Monografia de Trabalho de Conclusão de Curso,
apresentado no 2º semestre do ano de 2014 ao Curso
de Química, Grau Acadêmico Bacharelado, da
Universidade Federal de São João del-Rei, como
requisito parcial para obtenção do título Bacharel em
Química.
Autora: Ana Cláudia dos Santos
Docente Orientadora: Dra. Stella Maris Resende
Modalidade do Trabalho: Dissertação
São João del-Rei – 2014
RESUMO:
Os compostos orgânicos voláteis biogênicos, emitidos principalmente pelas Florestas
Tropicais, desempenham um papel importante na química da atmosfera, particularmente na
Troposfera. Ao serem oxidados, levam à produção de ozônio na Troposfera, o qual é um
gás tóxico que causa doenças respiratórias, prejudica a fauna e a flora, além de destruir
monumentos e construções. Os compostos orgânicos voláteis também levam à formação
dos aerossóis orgânicos secundários, que podem alterar as propriedades das nuvens e
consequentemente o clima do planeta. Dessa forma, nesse trabalho, serão apresentados os
principais compostos orgânicos voláteis emitidos de fontes biogênicas, principalmente na
região Amazônica, e a sua importância no contexto ambiental.
SUMÁRIO
1. Introdução
01
2. Emissões de compostos orgânicos voláteis pela vegetação
02
3. Transformações químicas na Troposfera
07
3.1 Capacidade oxidante da atmosfera
09
3.2 Compostos orgânicos voláteis e a formação do ozônio troposférico
10
3.3 Compostos orgânicos voláteis e a formação dos aerossóis
12
3.3.1 Núcleos de condensação de nuvens
12
4. Considerações Finais
14
5. Referências Bibliográficas
15
Monografia de TCC – Química – Bacharelado – UFSJ - 2014
1. INTRODUÇÃO
Compostos orgânicos voláteis (COVs) são substâncias com elevada pressão de
vapor, ou seja, são facilmente vaporizados às condições de temperatura e pressão
ambientes. Os COVs abrangem hidrocarbonetos saturados e insaturados (alcanos e
alcenos) e hidrocarbonetos oxigenados, como ácidos carboxílicos, aldeídos, cetonas, éteres,
ésteres e álcoois. Os COVs também são classificados como sendo qualquer composto de
carbono que participa das reações fotoquímicas que ocorrem na atmosfera, com exceção do
monóxido de carbono e do dióxido de carbono. (Martins, 2004; Schirmer & Lisboa, 2008;
Ligor et al., 1998)
O aparecimento dos COVs na atmosfera coincide com o início da vida terrestre, com
o surgimento das plantas e dos microrganismos que levaram à conversão dos gases
produzidos por processos biogeoquímicos em moléculas orgânicas. A partir dessa época, os
COVs têm participado do ciclo do carbono, controlando o conteúdo de compostos orgânicos
no ar, solo e água. No entanto, a partir da Revolução Industrial, o aumento da quantidade de
materiais descartados pelas atividades humanas modificou o balanço natural dos COVs na
atmosfera. (Aquino, 2006)
Os COVs são oriundos tanto de fontes antropogênicas (geradas pela atividade
humana) como fontes biogênicas (provenientes de matéria viva). As fontes biogênicas são
as plantas, emissões metabólicas de alguns microrganismos e os ruminantes, que
produzem e liberam o metano. As principais fontes antropogênicas são a combustão (vinda
das emissões veiculares), armazenamento e transporte de combustíveis, emissões
industriais, uso de solventes e a evaporação de COVs provenientes dos materiais de
construção. (Aquino, 2006; Brickus & Neto, 1998; Macêdo, 2006; Alves & Pio, 2006)
Embora haja incertezas, estimativas indicam que aproximadamente 1,8 bilhões de
toneladas de COVs são emitidos por ano na atmosfera, onde 500 milhões toneladas são de
hemiterpenos e 130 milhões de monoterpenos. Estima-se, também, que as emissões
biogênicas são 7 vezes maiores que as emissões de COVs antropogênicas. (Aquino, 2006)
Uma importante fonte de emissão de COVs biogênicos são as Florestas Tropicais e
os compostos mais emitidos são os hemiterpenos e os monoterpenos. Nas regiões tropicais,
a grande disponibilidade de radiação solar e a grande quantidade de vapor de água na
atmosfera são características que favorecem uma alta reatividade química, levando à
geração de gases-traço por meio do seu metabolismo natural e exercendo um papel
fundamental no funcionamento do clima global, em função da formação de aerossóis, que
1
Monografia de TCC – Química – Bacharelado – UFSJ - 2014
são partículas suspensas no ar. (Artaxo et al., 2009; Rizzo, 2006) Na Amazônia, uma
significativa fração de carbono emitida da biosfera para a atmosfera é de fonte biogênica e
ela é a Floresta Tropical mais extensa do mundo, com uma área de 6,3 Km². (Aquino, 2006)
Este trabalho tem por objetivo dissertar sobre os COVs emitidos de fontes
biogênicas, principalmente da região Amazônica, bem como de outras Florestas Tropicais,
apresentando a sua importância no contexto ambiental.
2. EMISSÕES DE COMPOSTOS ORGÂNICOS VOLÁTEIS PELA
VEGETAÇÃO
As plantas, quando estão em processos fisiológicos, ou seja, crescimento,
manutenção, decomposição e consumo, emitem COVs para a atmosfera. (Tavares, 2012;
Artaxo et al., 2009) Durante a fotossíntese, elas fixam de 0,5% a 2% de carbono e emitem,
na presença de luz, taxas elevadas de COVs para a atmosfera. As plantas armazenam
compostos como hemiterpenos (5 carbonos), monoterpenos (10 carbonos), sesquiterpenos
(15 carbonos), álcoois, ácidos, aldeídos, cetonas e ésteres, em diferentes órgãos. (Tavares,
2012)
Como mencionado anteriormente, as Florestas Tropicais são as principais fontes de
COVs biogênicos e a região Amazônica contribui com a maior parte. Nessa região, a
quantidade de espécies é da ordem de 105, sendo cada uma delas responsável por uma
forma própria de emissão de COVs. (Artaxo et al., 2009; Kellelmeier et al., 2000) A Figura 1
mostra os COVs biogênicos emitidos mais abundantemente pela vegetação. Dentre esses,
os mais comuns são do tipo alcenos ou cicloalcenos, como os terpenos. Desta maneira, a
maioria dos estudos a respeito de COVs envolvem apenas hemiterpenos e monoterpenos.
Os compostos do tipo alceno possuem meia vida curta na atmosfera, uma vez que possuem
ligação dupla carbono-carbono, que são mais aptas a ataques químicos do que ligações
carbono-carbono simples. Portanto, eles são altamente reativos, sobretudo frente aos
oxidantes atmosféricos mais comuns: O3, NO3• e •OH, como pode ser observado na Tabela
1.(Aquino, 2006; Schirmer e Quadros, 2010)
2
Monografia de TCC – Química – Bacharelado – UFSJ - 2014
Figura 1. Compostos Orgânicos Voláteis emitidos pela vegetação. (Seinfeld & Pandis, 2006)
Tabela 1. Tempo de vida estimado de alguns COVs biogênicos na atmosfera. (Aquino, 2006)
COVs
Hemiterpeno
Monoterpenos
Oxigenados
isopreno
α-pineno
β-pineno
canfeno
2-careno
3-careno
limoneno
terpinoleno
formaldeído
acetaldeído
acetona
Tempo de vida em função da reação com:
•OH
O3
NO3•
1,7 hora
1,3 dia
0,8 hora
3,4 horas
4,6 horas
2,0 horas
2,3 horas
1,1 dia
4,9 horas
3,5 horas
18 dias
1,5 dia
2,3 horas
1,7 hora
36 minutos
2,1 horas
10 horas
1,1 hora
1,1 hora
1,9 hora
53 minutos
49 minutos
17 minutos
7 minutos
1,5 hora
80 dias
11 horas
17 dias
66 dias
Concentração de •OH: 0,06 ppt.
Concentração média de 24h de O3: 30 ppb.
Concentração média de 12h de NO3•: 1 ppt.
3
Monografia de TCC – Química – Bacharelado – UFSJ - 2014
Em menor concentração, aparecem outros hidrocarbonetos (alcanos) e compostos
oxigenados: álcoois, éteres, cetonas, aldeídos, ácidos orgânicos, dentre outros (Figura 2).
(Schirmer e Quadros, 2010)
Figura 2. Exemplos de COVs oxigenados emitidos pela vegetação.
As emissões biogênicas de COVs variam de acordo com alguns fatores físicos e
biológicos, como espécie da planta, temperatura ambiente e das folhas, umidade, densidade
da folha, radiação solar, concentração de CO2 no ambiente, período do dia, estação do ano
(a emissão é maior no verão) e até mesmo poluição do ar. Além destes fatores, outros
quesitos que parecem influenciar na emissão dos COVs são o metabolismo da planta e a
área específica da folha. (Schirmer e Quadros, 2010; Kellelmeier, 2000)
Diferentes compostos são produzidos em diferentes partes da planta e em diversos
processos fisiológicos. A Figura 3 mostra um diagrama esquemático do mecanismo de
produção de alguns COVs emitidos, enfatizando o fato dos COVs biogênicos serem
produzidos em diferentes tecidos e compartimentos das plantas e serem produtos de
diversos processos fisiológicos. Acredita-se que tais compostos sejam emitidos para a
atmosfera como resultado de diferentes funções biológicas das plantas como, por exemplo,
mecanismo de defesa contra o ataque de herbívoros e invasão de outras espécies de
plantas. (Finlayson-Pitts & Pitts, 1999; Schirmer e Quadros, 2010)
4
Monografia de TCC – Química – Bacharelado – UFSJ - 2014
Figura 3. Diagrama esquemático do mecanismo de produção de alguns compostos
orgânicos voláteis emitidos. (Finlayson-Pitts e Pitts, 1999)
Os hemiterpenos (isoprenos) são os únicos entre os COVs biogênicos que possuem
relação com a fotossíntese das plantas. São emitidos de uma grande variedade de plantas,
principalmente na presença de radiação, e apresentam aumento de emissão com aumento
da temperatura. Os hemiterpenos emitidos parecem ser formados como subproduto de
fotossíntese ou fotorrespiração ou ambos, pois não há evidências de que eles são
metabolizados ou armazenados pelas plantas. Dessa forma, as emissões de hemiterpenos
são dependentes de luz e calor, não sendo emitidos sem iluminação. (Seinfeld & Pandis,
2006; Finlayson-Pitts & Pitts, 1999; Guenther, 2001)
Acredita-se que a dependência da luz e da temperatura é consequência de um
mecanismo enzimático de produção de hemiterpeno na planta, que envolve a síntese do
mesmo a partir do difosfato de dimetilalilo (DMAPP). A enzima ou o DMAPP, ou até mesmo
ambos, podem ser sensíveis à luz. O efeito da temperatura está relacionado à dependência
da atividade enzimática com a mesma. (Finlayson-Pitts e Pitts, 1999)
Os monoterpenos, ao contrário dos hemiterpenos, parecem ser liberados por
processos biofísicos, associados com a quantidade deles presente nas folhas e devido à
alta pressão de vapor dos mesmos. Como resultado, as emissões de monoterpenos não
dependem fortemente da luz e continuam ocorrendo durante a noite, mas aumentam com o
5
Monografia de TCC – Química – Bacharelado – UFSJ - 2014
aumento da temperatura. (Seinfeld & Pandis, 2006; Finlayson-Pitts & Pitts, 1999; Guenther,
2001) Dados da literatura indicam que um aumento na temperatura ambiente de 25 para
35 ºC pode aumentar a emissão de hemiterpenos em quatro vezes e aumentar a emissão
de monoterpenos por um fator de 1,5. (Seinfeld & Pandis, 2006)
Os terpenos são biossintetizados a partir de diferentes tipos de rotas e uma delas é
mostrada na Figura 4.
Figura 4. Rota para a biossíntese de terpenos. (Taiz & Zeiger,2004)
Na rota da formação do ácido mevalônico, três moléculas de acetil CoA são ligadas,
a partir de uma série de etapas. Esse composto de seis carbonos é então pirofosforilado,
descarboxilado e desidratado para produzir o isopentenil difosfato (IPP), que é a base na
formação dos terpenos. (Taiz & Zeiger, 2004)
O
IPP
e
seu
isômero,
o
dimetilalil
difosfato
(DMAPP)
são
compostos
pentacarbonados ativos na biossíntese dos terpenos que se unem para formar moléculas
maiores. Primeiramente o IPP e o DMAPP reagem e formam o geranil difosfato (GPP), uma
6
Monografia de TCC – Química – Bacharelado – UFSJ - 2014
molécula de 10 carbonos, a partir da qual são formados os monoterpenos. O GPP pode,
então, ligar-se a outra molécula de IPP, formando precursores para terpenos maiores. (Taiz
e Zeiger, 2004; Finlayson-Pitts e Pitts, 1999).
O isopreno, o mais importante hemiterpeno, tem um papel importante na química
atmosférica global, pois representa 25% da emissão total de COVs na atmosfera. No
entanto, sua concentração na atmosfera não é muito significativa, uma vez que ele é
extremamente reativo e contribui na formação do ozônio e de outros oxidantes. Ele reage
com os radicais •OH e NO3•, com O3, se transforma por processos químicos de fotólise,
contribuindo na produção de material particulado e no ciclo do carbono. (Aquino, 2006)
A Tabela 2 apresenta uma estimativa das emissões globais anuais de hemiterpenos,
monoterpenos e outros COVs. (Aquino, 2006)
Tabela 2. Estimativa global anual de emissão de COVs biogênicos. (Aquino, 2006)
Compostos
Fontes naturais
Emissão anual global estimada (TgC)
Metano
Fermentação entérica de animais
319-412
Isopreno
Vegetação
175-503
Terpenos
Vegetação
127-480
Outros COVs
Vegetação, solos
~260
TgC: Teragramas de carbono.
Algumas espécies de madeira são emissoras de hemiterpenos, tais como carvalhos,
álamos e pau-ferro. Também são emitidos a partir de plantas, incluindo arbustos, tojo,
trepadeiras e samambaias e por fitoplânctons marinhos, bactérias, fungos e em alguns
processos industriais. (Finlayson-Pitts & Pitts, 1999)
As árvores coníferas possuem uma variedade maior de fontes de terpenos maiores,
como os monoterpenos. As emissões de monoterpenos também ocorrem em plantas como
pinheiros, carvalhos e giestas. (Finlayson-Pitts & Pitts, 1999)
3. TRANSFORMAÇÕES QUÍMICAS NA TROPOSFERA
A atmosfera se divide em duas principais regiões: a Troposfera e a Estratosfera, de
comportamentos diferentes (Figura 5). A Troposfera se estende desde a superfície terrestre
até cerca de 15 Km de altitude e possui cerca de 85% da massa da atmosfera. Nela
acontece a maior parte das reações químicas. Já a Estratosfera se localiza acima da
7
Monografia de TCC – Química – Bacharelado – UFSJ - 2014
Troposfera e atinge de 15 a 50 Km de altura; cerca de 90% do ozônio contido na atmosfera
está presente nessa camada. (Mozeto, 2001; Martins et al., 2003)
Figura 5. Principais regiões da atmosfera: Troposfera e Estratosfera.
Os principais componentes da atmosfera são o nitrogênio diatômico (N2) com 78%, o
oxigênio diatômico (O2) com 21%, o argônio (Ar) com 1% e o gás carbônico (CO2) com cerca
de 0,04%. Essa mistura de gases aparenta não reagir na baixa atmosfera mesmo em
temperaturas e intensidade solares muito altas. No entanto, muitas reações ambientalmente
importantes ocorrem no ar continuamente (Troposfera), estando o mesmo poluído ou não.
(Mozeto, 2001) A maior parte dos gases emitidos para a Troposfera possui um tempo de
vida curto, uma vez que eles são destruídos nessa região por meio de reações químicas
e/ou interação com radiação solar. Na maior parte das vezes, essas reações ocorrem com
radicais livres, que são altamente reativos, e provocam a oxidação dos compostos em
questão. Outro fator importante é a alta quantidade de vapor de água, que é fonte dos
radicais hidroxila (•OH). (Aquino, 2006)
Os oxidantes fotoquímicos são formados na atmosfera como consequência de
reações químicas envolvendo compostos orgânicos, óxidos de nitrogênio, oxigênio e
radiação solar, sendo denominados como poluentes secundários. (Aquino, 2006; Dallarosa,
2005) O ozônio é considerado o principal produto das reações químicas que ocorrem na
Troposfera e a sua formação está relacionada com as concentrações de COVs e de NOx.
Ele também é considerado o mais importante oxidante fotoquímico, e em altas
concentrações pode causar diversos danos à flora e à fauna, às construções e
monumentos. (Dallarosa, 2005)
8
Monografia de TCC – Química – Bacharelado – UFSJ - 2014
3.1 CAPACIDADE OXIDANTE DA ATMOSFERA
Dentre os oxidantes atmosféricos, a alta reatividade do radical hidroxila leva à
oxidação da maioria dos constituintes-traço presentes na atmosfera. As reações com este
radical predominam na Troposfera durante o dia, oxidando vários hidrocarbonetos. Seu
tempo de vida é de cerca de 1 segundo. Algumas espécies que sobrevivem (por exemplo,
N2O, CH4, CH3Cl) são transportadas para a Estratosfera, onde produzem os radicais NOx,
HOx e ClOx, que irão destruir a camada de ozônio. (Finlayson-Pitts & Pitts, 1999; Trostdorf,
2004)
O radical hidroxila pode ser formado por reações fotoquímicas, ou seja, pela
absorção de radiação solar na região do ultravioleta. Inicialmente, a radiação UV do sol
quebra o O3 em uma molécula de oxigênio e em oxigênio elementar (reação 1), o qual reage
com vapor de água formando o radical hidroxila (reação 2): (Finlayson-Pitts & Pitts, 1999;
Atkinson & Arey, 2003)
O3 + hv
→
•O + O2
(1)
•O + H2O
→
2 •OH
(2)
Enquanto o radical hidroxila é gerado fotoquimicamente durante o dia, o radical
nitrato (NO3•) é gerado por fotólise e sobrevive somente à noite. O radical nitrato domina
como radical oxidante à noite, pois, embora seja menos reativo que o radical hidroxila, ele
está em maior concentração. (Trosrdorf, 2004) A formação do radical nitrato na atmosfera
pode ser visualizada por meio das reações abaixo:
N2 + O2
→
2 NO
(3)
NO + O3
→
NO2 + O2
(4)
NO2 + O3
→
NO3• + O2
(5)
Os gases NO2 e NO são bastante importantes nas reações atmosféricas. Designados
como NOx, alcançam a atmosfera a partir de processos naturais e também da combustão de
9
Monografia de TCC – Química – Bacharelado – UFSJ - 2014
veículos. Eles reagem com os COVs na atmosfera, principalmente quando ativados pela
radiação solar, formando uma variedade de oxidantes fotoquímicos que são gases
altamente agressivos. (Schirmer & Lisboa, 2008)
3.2 COMPOSTOS ORGÂNICOS VOLÁTEIS E A FORMAÇÃO DO
OZÔNIO TROPOSFÉRICO
Os COVs podem reagir com a hidroxila de duas maneiras: por adição da hidroxila ou
por abstração de hidrogênio. Se a cadeia do composto é saturada, como nos alcanos e
cicloalcanos, o processo é feito pela abstração do hidrogênio, como mostra a reação 6. Se
as cadeias forem insaturadas, como nos alcenos, o processo é feito pela incorporação do
radical OH ao composto. Os dois processos levam à formação de um radical alquila (R•),
que irá reagir com o oxigênio atmosférico (O2), reação 7, formando então os radicais
peróxidos de alquila (RO2•). (Galvão, 2014)
RH + •OH
→
R• + O2
→
R• + H2O
RO2•
(6)
(7)
O radical peróxido de alquila representa qualquer molécula orgânica com número
variável de átomos de carbono, porém ligados a dois oxigênios (O2). (Galvão, 2014) Esses
radicais RO2• reagem com o óxido nítrico (NO) presente na atmosfera, oxidando-o a dióxido
de nitrogênio (NO2), o qual, na presença de radiação solar, se decompõe em NO•, liberando
um átomo de oxigênio. Este, por sua vez, irá combinar com o O2 e formar o ozônio (O3),
(Finlayson-Pitts & Pitts,1999; Galvão, 2014), conforme exemplificado pelas reações 8 a 10:
RO2• + NO
→
NO2 + RO•
(8)
NO2 + hv
→
NO + O•
(9)
O• + O2
→
O3
(10)
10
Monografia de TCC – Química – Bacharelado – UFSJ - 2014
Este ciclo torna-se permanente, mantendo a concentração de ozônio constante.
(Schirmer & Quadros, 2010) Um exemplo de reação com o radical hidroxila utilizando o
metano é mostrado a seguir (vanLoon & Duffy, 2000):
CH4 + •OH
→
•CH3 + H2O
(11)
•CH3 + O2
→
CH3OO•
(12)
CH3OO• + NO
→
CH3O• + NO2
(13)
CH3O• + O2
→
CH2O + HOO•
(14)
O RO• formado (nesse caso, CH3O•) reage com O2 formando um aldeído, que é uma
molécula estável. (vanLoon & Duffy, 2000)
As reações dos COVs com o radical nitrato e com o ozônio são mais complexas.
Quando os isoprenos e terpenos reagem com o NO3•, formam carbonilas nitradas e o NO2,
que é precursor na formação do ozônio. Em reação com o ozônio, formam ácidos
carboxílicos, aldeídos ou cetonas, além do O2, que é também precursor na formação do
ozônio. (Atkinson & Arey, 2003)
O aumento da concentração dos COVs na Troposfera aumenta a concentração de
radicais livres, substituindo o O3 na oxidação do NO. O ozônio, portanto, não sendo
utilizado, irá ficar em concentrações altas na Troposfera, atingindo níveis alarmantes.
(Schirmer & Quadros, 2010; Schirmer & Lisboa, 2008)
Na Estratosfera, o ozônio absorve raios ultravioletas, protegendo a vida na
Terra, mas na Troposfera é um forte poluente e um poderoso oxidante, muito prejudicial ao
meio ambiente e aos seres humanos. (Corrêa et al., 2012) Ele é um gás tóxico que causa
efeitos negativos na saúde humana como tosse, dores de cabeça, náuseas e falta de ar.
(Artaxo et al., 2005)
11
Monografia de TCC – Química – Bacharelado – UFSJ - 2014
3.3 COMPOSTOS ORGÂNICOS VOLÁTEIS E A FORMAÇÃO
DOS AEROSSÓIS
As reações de COVs biogênicos também estão associadas à formação de aerossóis,
partículas intensamente relacionadas às mudanças climáticas. Reações com terpenos, por
exemplo, são rápidas e geram partículas de aerossóis de pelo menos 10 nm de diâmetro.
(Schirmer & Quadros, 2010)
Os aerossóis são denominados como uma suspensão de partículas na fase líquida
ou sólida em meio gasoso. Essas partículas de aerossóis são formadas de diversos
compostos e podem ser divididas em dois grupos: os aerossóis primários e os aerossóis
secundários. Os aerossóis primários possuem diâmetros maiores que 1 µm e são
compostos de aerossóis marinhos, poeira do solo, emissões vulcânicas, partículas de
origem biológica entre outros; eles são emitidos diretamente para a atmosfera. Já os
aerossóis secundários são formados na atmosfera pela condensação de compostos voláteis
(conversão gás-partícula) emitidos das plantas, de atividades industriais e do uso de
combustíveis fósseis, que geram partículas com 0,1 a 1 μm de diâmetro. (Rizzo, 2006;
Claeys et al., 2004; Alves, 2005; Seinfeld & Pandis, 2006)
Os compostos orgânicos voláteis emitidos das plantas, quando oxidados, formam os
aerossóis orgânicos secundários (AOS). A degradação de COVs aromáticos gera grupos
funcionais como ácidos carboxílicos, aldeídos, cetonas e nitratos, que possuem pressão de
vapor mais baixa e uma maior solubilidade, que se acumulam na fase gasosa. No entanto,
se o nível de saturação for maior, a espécie vai ser condensada na superfície do material
particulado, formando um aerossol. (Rizzo, 2006; Alves, 2005; Alves & Pio, 2005) Os
aerossóis atmosféricos são elementos-chave do sistema climático, como será mostrado na
próxima seção. Além disso, as altas concentrações também têm efeito importante sobre a
saúde da população da região amazônica, como o aumento da incidência de doenças
respiratórias. (Alves, 2005; Artaxo et al., 2005; Poschl, 2010)
3.3.1 NÚCLEOS DE CONDENSAÇÃO DE NUVENS
Aproximadamente 60% da superfície terrestre é coberta por nuvens, que atuam no
ciclo energético das seguintes maneiras: as nuvens mais baixas e encorpadas refletem
radiação solar de volta ao espaço e as nuvens mais altas e finas transmitem a radiação
solar e ao mesmo tempo bloqueiam a passagem de radiação infravermelha emitida pela
Terra. (Levoni et al., 1997; Yamasoe, 1999)
12
Monografia de TCC – Química – Bacharelado – UFSJ - 2014
Para a formação de uma nuvem, as moléculas de água evaporadas agregam-se em
torno de pequenas partículas de aerossóis e se condensam. Para uma partícula agir como
núcleo de condensação, ela precisa ser solúvel em água, e quase a metade dos aerossóis
vindos da matéria orgânica é solúvel em água, podendo atuar como núcleo de condensação
de nuvens (NCN). (Artaxo et al., 2005; Artaxo et al., 2009)
As nuvens que são perturbadas pela presença da grande quantidade de aerossóis
têm um aumento no número de gotas devido à maior quantidade de NCN disponíveis. Logo,
com o aumento do número de partículas de NCN, a disputa pelo vapor de água aumenta,
ocorrendo a diminuição do diâmetro dessas gotas que irão permanecer em maior
quantidade, tornando a nuvem mais densa, e consequentemente aumentando a sua
refletividade. (Silva, 2012; IPCC, 2007; Poschl, 2005)
O efeito albedo consiste no aumento da concentração do número de gotas de
nuvens, uma vez que os diâmetros das gotas diminuíram. Dessa forma, a água líquida
presente mantém-se fixa. Esse efeito torna a nuvem mais densa e, portanto, leva ao
aumento de seu albedo, como mostra na Figura 6. Esse processo causa um efeito de
resfriamento na temperatura, uma vez que uma maior fração da radiação solar é espalhada
de volta ao espaço. (IPCC, 2007; Poschl, 2005)
Figura 6. Efeito dos aerossóis no albedo da nuvem. (Alves & Pio, 2005)
Acredita-se que, na Amazônia, as principais fontes de formação de NCN são os
aerossóis orgânicos secundários, formados a partir da conversão gás-partícula de COVs.
13
Monografia de TCC – Química – Bacharelado – UFSJ - 2014
Cerca de 60 a 80% das partículas de aerossóis orgânicos nessa região atuam como NCN.
Foram observadas altas concentrações de aerossóis de origem orgânica na Amazônia, tanto
em épocas de seca como em épocas chuvosas. (Rizzo, 2006; Artaxo et al., 2005; Poschl et
al., 2010)
4. CONSIDERAÇÕES FINAIS
Os compostos orgânicos voláteis biogênicos desempenham um papel importante na
química da atmosfera, particularmente na baixa atmosfera (Troposfera). A concentração
desses compostos ultrapassa, muitas vezes, à das emissões resultantes da atividade
humana. Esclarecer suas fontes, transformações, destinos e interações atmosféricas é
fundamental para obter um melhor entendimento sobre as transformações ambientais que
esses compostos causam.
O ozônio presente nas camadas mais baixas da atmosfera é um poluente produzido
mediante reações químicas entre os NOx e os COVs. Esse ozônio formado é nocivo devido
à sua extrema capacidade oxidativa que provoca a degradação e danificação dos tecidos
dos órgãos internos e assim prejudica a saúde, por exemplo, causando problemas
respiratórios. Além disso, leva a uma maior formação de matéria particulada que causa
impactos no clima, como a presença de aerossóis, que alteram as propriedades radioativas
das nuvens.
A fim de entender essas consequências e atenuar seus efeitos negativos, muitos
estudos ainda estão sendo feitos para avaliar a liberação de compostos orgânicos voláteis
biogênicos e a grande variedade de outros compostos químicos que são emitidos para a
atmosfera. Esses experimentos na região amazônica são realizados por um programa
experimental chamado LBA (Experimento de Grande Escala da Biosfera-Atmosfera da
Amazônia) que, em 2007, tornou-se um programa de governo. Esse programa foi planejado
com a finalidade de gerar novos conhecimentos necessários para a compreensão dos
funcionamentos principalmente do clima da Amazônia.
14
Monografia de TCC – Química – Bacharelado – UFSJ - 2014
5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ALVES, C. Aerossóis atmosféricos: perspectiva histórica, fontes, processos de formação de
composição química e orgânica. Quim. Nova 28, 859, 2005.
ALVES, C.A.; PIO, C.A. Secondary Organic Compounds in Atmospheric Aerosols:
Speciation and Formation Mechanisms. J. Braz. Chem. Soc., Portugal, v. 16, n. 5, 2005.
ALVES, C. PIO, C. Determinação de hidrocarbonetos voláteis e semi-voláteis na atmosfera.
Quim. Nova. V. 29, N. 3, 2006
AQUINO, C.A.B. Identificação de Compostos Orgânicos Voláteis (COVs) emitidos por
Florestas na Região Amazônica. 2006. 89f. Dissertação (Programa de Pós-Graduação em
Física e Meio Ambiente) – Instituto de Ciências Exatas e da Terra, Universidade Federal do
Mato Grosso, Cuiabá. 2006.
ARTAXO, P.; GATTI, L.V.; LEAL, A.M.C.; LONGO, K.M.; FREITAS, S.R.; LARA, L.L.;
PAULIQUEVES, T.M.; PROCÓPIO, A.S.; RIZZO, L.V. Química atmosférica na Amazônia: A
floresta e as emissões de queimadas controlando a composição da atmosfera amazônica.
ACTA Amazônia, v.35, 2005.
ARTAXO, P.; RIZZO, L.V.; PAIXÂO, M.; LUCCA, S.; OLIVEIRA, P.H.; LARA, L.L.;
WIEDEMANN, K.R.; ANDREAE, M.O.; HOLBEN, B.; SCHAFER, J.; CORREIA, A.L.;
PAULIQUEVIS, T.M. Partículas de Aerossóis na Amazônia: Composição, Papel no Balanço
de Radiação, Formação de Nuvem e Ciclos de Nutrientes. 2009.
ATKINSON, R.; AREY, J.A. Gas-phase tropospheric chemistry of biogenic volatile organic
compounds: a review. Atmospheric Environment, 2003.
BRICKUS, L.S.R.; NETO, F.R.A. A qualidade do ar de interiores e a química. Química Nova,
Rio de Janeiro, 1998.
CORRÊA, S.M.; SOUZA, C.V.; SODRÉ, E.D.; TEIXEIRA, J.R. Volatile Organic Compound
Emissions from a Landfill, Plume Dispersion and the Tropospheric Ozone Modeling. J. Braz.
Chem. Soc., Rio de Janeiro, v. 23, n. 3, 2012.
DALLAROSA, J.B. Estudo da formação e dispersão de ozônio troposférico em áreas de
atividade de processamento de carvão aplicando modelos numéricos. 2005. 127f.
Dissertação (Mestrado em Sensoriamento Remoto) – Centro Estadual de Pesquisas em
15
Monografia de TCC – Química – Bacharelado – UFSJ - 2014
Sensoriamento Remoto e Meteorologia, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto
Alegre, 2005.
FINLAYSON-PITTS, B.J.; PITTS, J.N. Chemistry of the upper and lower atmosphere.
Orlando: Academic Press, 1999.
GALVÃO, E.S. Influência dos compostos orgânicos voláteis no potencial de formação do
ozônio troposférico na grande Vitória-ES. 2004. 123f. Dissertação (Mestrado em Engenharia
Ambiental) – Centro Tecnológico, Universidade Federal do Espírito Santo. Vitória, 2004.
GUENTHER, A. The contribution of reactive carbon emissions from vegetation to the carbon
balance of terrestrial ecosystems. Atmospheric Environment. 2001
IPCC, 2007: Climate Change 2007: The 4th Assessment Report of the Intergovernmental
Panel on Climate Change, available at http://www.ipcc.ch.
KELLELMEIER, J. KUHN, U. WOLF, A.ANDREAE, M.O. CICCIOLI, P. BRANCALEONI, E.
FRATTONI, M. GUENTHER, A. GREENBERG, J. VASCONCELLOS, P.C. OLIVA, T.
TAVARES, T. ARTAXO, P. Atmospheric volatile organic compounds (VOC) at a remote
tropical forest site in central Amazonia. Atmospheric Environment. 2000
LEVONI, C.; CERVINO, M.; GUZZI, M.; TORRICELLA, F. Atmospheric aerosol optical
properties: a database of radiative characteristics for different components and classes.
Applied Optics 36, 30, 1997.
LIGOR, T. GÓRECKA H., BUSZEWSKI B. Sorbents Trapping Organic Pollutants From Air.
International Journal of Occupational Safety and Ergonomics. v.4, n.2, 1998
MACÊDO, J.A.B. Introdução à Química Ambiental. 2ª Edição. Juiz de Fora: CRQ-MG, 2006.
MARTINS, C.R.; ANDRADE, J.B. Química atmosférica do enxofre (IV): emissões, reações
em fase aquosa e impacto ambiental. Quim. Nova, v. 25, n. 2, 259-272, 2002.
MARTINS, C.R.; PEREIRA, P.A.P.; LOPES, W.A.; ANDRADE, J.B. Ciclos Globais de
Carbono, Nitrogênio e Enxofre: a Importância na Química da Atmosfera. Química Nova,
2003.
16
Monografia de TCC – Química – Bacharelado – UFSJ - 2014
MARTINS, D.O. Estudo do controle de emissões de compostos orgânicos voláteis em
tanques de armazenamento de produtos químicos. 2004. 162f. Dissertação (Gerenciamento
e Tecnologias Ambientais no Processamento Industrial) – Departamento de Engenharia
Ambiental, Universidade Federal da Bahia, Salvador. 2004.
MOZETO, A.A. Química atmosférica: a química sobre nossas cabeças. Química Nova,
2001.
POSCHLl, U. Atmospheric Aerosols: Composition, Transformation, Climate and Health
Effects. Angew. Chem. Int. 44, 7520, 2005.
POSCHL, U.; MARTIN, S.T.; SINHA, B.; CHEN, Q.; GUNTHE, S.S.; HUFFMAN, J.A.;
BORRMANN, S.; FARMER, D.K.; GARLAND, R.M.; HELAS, G.; JIMENEZ, J.L.; KING, S.M.;
MANZI, A.; MIKHAILOV, E.; PAULIQUEVIS, T.; PETTERS, M.D.; PRENNI, A.J.; ROLDIN,
P.; ROSE, D.; SCHNEIDER, J.; SU, H.; ZORN, S.R.; ARTAXO, P.; ANDREAE, M.O.
Rainforest Aerosols as Biogenic Nuclei of Clouds and Precipitation in the Amazon. Science,
v. 329, 2010.
PROCÓPIO, A. S. Forçante radiativa direta dos aerossóis na Região Amazônica devido à
queima de biomassa. Dissertação de Doutorado, USP, 2005.
RIZZO, L.V. Os fluxos turbulentos de partículas e de compostos orgânicos voláteis, e a
distribuição vertical de aerossóis na baixa troposfera da Amazônia. 2006. 179f. Tese
(Doutorado em Ciências) – Instituto de Física, Universidade de São Paulo, São Paulo. 2006.
SCHIRMER, W.N.; LISBOA, H.M. Química da Troposfera: constituintes naturais, poluentes e
suas reações. TECNO-LÓGICA Santa Cruz do Sul, v. 12 n. 2, p. 37-46, 2008.
SCHIRMER, W.N.; QUADROS, M.E. Compostos orgânicos voláteis biogênicos emitidos a
partir de vegetação e seu papel no ozônio troposférico urbano. REVSBAU, Piracicaba – SP,
v.5, n.1, p.25-42, 2010.
SEINFELD, J.H.; PANDIS, S.N.; Atmospheric chemistry and physics: from air pollution to
climate change. 2ª Ed. Canadá: Wiley, 2006.
SILVA, B. L. Estudo do efeito das partículas de aerossol emitidas por queimadas sobre a
radiação solar incidente em superfície a partir de medições efetuadas na Reserva Biológica
do Jaru. Dissertação de Mestrado em Ciencias, USP, 2012.
17
Monografia de TCC – Química – Bacharelado – UFSJ - 2014
TAIZ, L.; ZEIGER. Fisiologia Vegetal. 3ª ed. Porto Alegre: Artmed, 2004.
TAVARES, J.P.N. Interaction between vegetation and the atmosphere in cloud and rain
formation in the Amazon: a review. Estud. av., São Paulo , v. 26, n. 74, 2012 .
TROSTDORF, C.R. Estudo da variabilidade sazonal na emissão do isopreno na região
amazônica. 2004. 129f. Dissertação (Mestrado em Ciência) – Instituto de Pesquisas
Energéticas e Nucleares, Autarquia associada à Universidade de São Paulo, São Paulo,
2004.
VANLOON G.W. DUFFY S.J. Environmental chemistry a global perspective. Oxford: New
York, 2000.
YAMASOE, M. A. Estudo de propriedades ópticas de partículas de aerossóis a partir de uma
rede de radiômetro. Dissertação de Doutorado, USP, 1999.
18