Prof. Dr. Marcus Tullius Scotti

1. Prof. Dr. Marcus Tullius Scotti Prof. A POLUIÇÃO DA ESTRATOSFERA mtscotti@gmail.com

2. 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

3. 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

4. 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

5. 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.

6. 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, não-reativos e possuem propriedades úteis de condensação

7. 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

8. 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

9. Substitutos dos CFCs • Todos os substitutos possuem um átomo de hidrogênio ligado ao átomo de carbono • Desta forma, estes compostos podem ser facilmente eliminados da troposfera

10. 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

11. 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

12. 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

13. Acordos internacionais sobre a produção de CFCs e outras SDOs • SherwoodRowland, Mario Molina (UniversityofCalifornia) 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

14. 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)

15. 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

16. EFEITO ESTUFA

17. 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

18. 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

19. 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.

20. 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

21. Figura 2. Esquema de funcionamento do efeito estufa na troposfera terrestre.

22. 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

23. 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 4m a 50 m, IR térmico, contribuindo para o efeito estufa • Um outro tipo relevante de vibração é a vibração de deformação angular • Ocorre em moléculas com mais de 3 átomos

24. 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)

25. Figura 3. Tendências anuais da concentração de CO2 atmosférico em anos recentes. O inserto ilustra as oscilações típicas ao longo dos anos.

26. 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

27. 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 • - O único sumidouro permanente são as águas profundas do oceano (CaCO3)

28. 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

29. 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.

30. 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

31. 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

32. Outras substâncias que afetam o aquecimento global Tabela. Resumo da informação sobre alguns gases indutores do efeito estufa

33. 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

34. 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)