POLUIÇÃO DO AR. Igor Souza Ogata Pablo Luiz Fernandes Guimarães. Orientadora: Dayse Luna Barbosa. Alunos:

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1 POLUIÇÃO DO AR Orientadora: Dayse Luna Barbosa Alunos: Igor Souza Ogata Pablo Luiz Fernandes Guimarães

2 Características da Atmosfera

3 A Atmosfera A Atmosfera é uma fina camada que envolve alguns planetas, composta basicamente por gases e poeira, retidos pela ação da força da gravidade. A espessura da atmosfera é teoricamente indefinida. Do ponto de vista da evolução das situações meteorológicas deve ser considerada uma camada de cerca de 45 km a partir do solo. De fato as principais perturbações ocorrem numa espessura não maior do que 15 km.

4 A Atmosfera Composição da Atmosfera GASES (%) Nitrogênio 78,11 Oxigênio 20,95 Argônio 0,934 Gás Carbônico 0,033 Além dos gases a atmosfera também é formada por material particulado orgânico (pólen e microrganismos) e inorgânico (partículas de areia e fuligem) e vapor de água. As partículas sólidas presentes no ar produzem núcleos de condensação, acelerando o processo de formação de nuvens e consequentemente, a ocorrência de precipitação, este fenômeno é chamado de coalescência.

5 A Atmosfera À pressão normal (760mmHg), a massa da atmosfera é estimada em 5,6 x ton, assim distribuídas: a. Os 5 primeiros km contêm ½ da massa; b. Os 10 primeiros km contêm ¾ da massa; c. Os 20 primeiros km contêm 9/10 da massa.

6 A Atmosfera AS CAMADAS DA ATMOSFERA SÃO: TROPOSFERA - altitude 12 km ESTRATOSFERA - altitude 50 km MESOSFERA - altitude 90 km TERMOSFERA - altitude 500 km EXOSFERA(IONOSFERA) - + de 500KM

7 Estratosfera (12-50 km) Na estratosfera a temperatura aumenta com a altitude e se caracteriza pelos movimentos de ar em sentido horizontal, sendo a segunda camada da atmosfera, compreendida entre a troposfera e a mesosfera. Apresenta pequena concentração de vapor de água. A Atmosfera Troposfera (0-7/12 km) Esta camada responde por oitenta por cento do peso atmosférico e é a única camada em que os seres vivos podem respirar normalmente. Todos os fenômenos meteorológicos estão confinados a esta camada. Tropopausa É o nome dado à camada intermediária entre a troposfera e a estratosfera, situada a uma altura média de 12km no equador. A distância da Tropopausa ao solo varia conforme as condições climáticas da troposfera, da temperatura do ar, a latitude, entre outros fatores. Se existe na troposfera uma alteração climática com muitas correntes de convecção, a tropopausa tende a subir. Isto é por causa do aumento do volume do ar na troposfera que empurrará a tropopausa para cima.

8 A Atmosfera Estratopausa É próximo à estratopausa que a maior parte do ozônio da atmosfera situa-se. Isto é em torno de 22 quilômetros acima da superfície, na parte superior da estratosfera. Mesosfera (50-90 km) Na mesosfera a temperatura diminui com a altitude, esta é a camada atmosférica onde há uma substancial queda de temperatura chegando até a -90 C em seu topo. É na mesosfera que ocorre o fenômeno da aeroluminescência das emissões da hidroxila e é nela que se dá a combustão dos meteoros. Mesopausa A mesopausa é a região da atmosfera que determina o limite entre uma atmosfera com massa molecular constante de outra onde predomina a difusão molecular.

9 A Atmosfera Termosfera ( km) Na termosfera a temperatura aumenta rapidamente com a altitude até onde a densidade das moléculas é tão pequena e se movem em trajetórias aleatórias tal que raramente se chocam e está localizada acima da mesopausa. É a camada onde ocorrem as auroras e onde orbita o ônibus espacial. Exosfera( + de 500 km) É a camada mais externa da atmosfera da Terra. A camada mais inferior da exosfera é chamada de "nível crítico de escape", onde a pressão atmosférica é muito baixa, uma vez que os átomos do gás estão muito espaçados.

10 A Atmosfera Os estudos de poluição do ar se dão na TROPOSFERA! A classificação para as camadas da atmosfera, do ponto de vista ambiental, é feita de acordo com o perfil de variação de temperatura com a altitude. A variação vertical de temperatura é muito maior que a variação horizontal. O estudo dos gradientes verticais de temperatura apresenta grande interesse, pois eles condicionam a possibilidade de ocorrência e o sentido dos movimentos verticais de ar na atmosfera. Quando o ar experimenta um processo de ascensão ou de descenso, sua temperatura é determinada pelo gradiente adiabático

11 A Atmosfera Se um volume de ar seco ou não saturado for suspenso, sua pressão diminuirá (pressão atmosférica diminui com a altitude) e sua temperatura baixará devido à expansão (Braga et al., 2005). Se o processo for adiabático a variação de temperatura será de 0,98 ou 1ºC/100 m (Lisboa, 2005). Teoricamente, quando um pequeno volume de ar é deslocado para cima na atmosfera ele encontra baixa pressão, se expande e resfria. Se for admitido que não exista troca de calor entre o meio e o pequeno volume (condição adiabática), pode-se definir a taxa na qual o resfriamento ocorre durante a ascensão como gradiente vertical da adiabática seca ou gradiente adiabático seco ou, ainda, Lapse Rate. Na realidade, este processo nunca ocorre na atmosfera, uma vez que a turbulência tende a destruir o volume teoricamente isolado e ocorre a troca de calor, porém, o conceito tem valor considerável como referência para se estimar as características turbulentas na atmosfera real. MECANISMOS ATUANTES NO CONCEITO : Ao elevar-se na atmosfera o volume da parcela se expande de forma a acomodar-se em um situação de menor pressão. A expansão é suposta adiabática, isto é, a troca de calor entre a parcela e o ar nas suas circunvizinhanças pode ser negligenciada. Com a expansão da parcela dá-se um decréscimo de temperatura em seu interior. O processo de mistura vertical na atmosfera é, de forma simplificada, assumido como envolvendo um sem número de parcelas de ar ascendendo e descendo. Não havendo troca de calor entre as fronteiras do sistema, a parcela e seu ambiente imediato podem estar em temperaturas diferentes na mesma pressão. Este fato governa o seu movimento vertical. A variação da temperatura ao longo da altura para uma parcela ascendente de ar seco que se resfria adiabaticamente é utilizada como um perfil padrão de temperaturas para comparação com as situações reais.

12 A Atmosfera Gradiente de Temperatura GRADIENTE VERTICAL DA ADIABÁTICA SECA T 1,0 oc/ m z 100 GRADIENTE VERTICAL DA ADIABÁTICA SATURADA T 0,6oC / m z 100 GRADIENTE VERTICAL DE TEMPERATURA OU GRADIENTE TÉRMICO VERTICAL A distribuição real da temperatura na vertical é conhecida como gradiente vertical de temperatura e raramente ela se aproxima do gradiente adiabático nos primeiros 100 m acima do solo para qualquer período de tempo. Consiste no decréscimo da temperatura com a altura que tem lugar dentro de uma atmosfera em repouso. Ele é normalmente determinado mediante radio-sondagens ESTABILIDADE E INSTABILIDADE DA ATMOSFERA O grau de estabilidade ou instabilidade da atmosfera exprime a tendência da supressão ou da favorabilidade dos movimentos verticais. Ele é função da relação entre o gradiente de temperatura do perfil vertical ambiental (gradiente térmico vertical) e o gradiente adiabático

13 A Atmosfera Estabilidade e Instabilidade Uma camada de ar não saturado é estável quando seu gradiente térmico vertical é inferior ao gradiente da adiabática seca. Sempre que o gradiente térmico vertical for maior que o gradiente adiabático seco, a atmosfera estará em condições de instabilidade. Quando o decréscimo da temperatura vertical é muito próximo do gradiente adiabático seco, diz-se que a atmosfera é indiferente ou neutra. Qualquer que seja a posição de uma partícula deslocada dentro da massa de ar, ela estará à mesma temperatura que a atmosfera circunvizinha, portanto, a mesma densidade. A turbulência e a dispersão são, portanto, normais. Uma partícula liberada na atmosfera não possui nenhuma tendência a continuar seu movimento. Uma camada de ar saturado é sempre estável quando seu gradiente térmico vertical é inferior ao gradiente da adiabática saturada. Se o gradiente térmico vertical da camada de ar saturado for maior do que o gradiente da adiabática saturada, a atmosfera poderá estar em condições de instabilidade Se o gradiente térmico vertical estiver compreendido entre os gradientes da adiabática seca e da adiabática saturada, diz-se que a atmosfera é condicionalmente instável.

14 Poluição do Ar

15 Poluição do Ar Qualquer alteração na composição e características da atmosfera que possa, direta ou indiretamente, causar prejuízos ao homem, por: criar condições nocivas à saúde, segurança e bem estar; causar danos à fauna e à flora; prejudicar demais recursos naturais, em quaisquer de suas utilizações. Componente Ar Normal Ar Poluído Nitrogênio 78,11% 78,11% Oxigênio 20,95% 20,95% Argônio 0,934% 0,934% Gás Carbônico ppm ppm Monóxido de Carbono ppm ppm Dióxido de Enxofre 0,0002 ppm 0,01-0,06 ppm Dióxido de Nitrogênio 0,0005-0,02 ppm 0,12-0,25 ppm Amônia 0,006-0,010 ppm 0,075-0,285 ppm

16 Poluição do Ar Padrões Primários de Qualidade do Ar são as concentrações de poluentes que, ultrapassadas, poderão afetar a saúde da população. Constituindo- se em meta de curto e médio prazo. Padrões Secundários de Qualidade do Ar são as concentrações de poluentes atmosféricos abaixo das quais se prevê o mínimo efeito adverso sobre o bem-estar da população, assim como o mínimo dano à fauna, à flora, aos materiais e ao meio ambiente em geral. Podem ser entendidos como níveis desejados de concentração de poluentes, constituindo- se em meta de longo prazo.

17 Processo de Poluição Atmosférica O processo de poluição do ar se resume a três momentos: (1) EMISSÃO de poluentes para a atmosfera; (2) TRANSPORTE, diluição e modificação química ou física dos poluentes na atmosfera; (3) IMISSÃO dos poluentes

18 Poluição do Ar Fontes de Poluição Fontes Naturais Vulcões as erupções vulcânicas lançam para a atmosfera grandes quantidades de poeiras e cinzas, bem como enxofre e cloro. Pólen as plantas produzem grandes quantidades de pólen que são responsáveis por alergias e outros problemas de saúde. Tempestade de areia lançam areia e pó a grandes distâncias, colocando uma enorme quantidade de partículas na atmosfera. Incêndios florestais responsáveis pela emissão de monóxido e dióxido de carbono, bem como fumos e cinzas. Atividade de plantas e animais emissão de metano.

19 Poluição do Ar Fontes de Poluição Fontes Antrópicas Processos de combustão - poluentes originam-se da combustão em: incineradores, veículos automotores, centrais térmicas, etc; Processos industriais - poluentes originam-se de algum processo industrial: siderúrgico, petroquímico, químico (fertilizante), alimentício.

20 Classificação dos Poluentes Quanto ao estado: Gases - (CO, SO2...); partículas em suspensão (fuligem, pólen...); aerossóis (material particulado, com Ø < 10 micra, em suspensão no meio gasoso). Quanto à origem: Primários (CO, NO2...); secundários (H2SO4, PAN, SMOG...).

21 Principais Poluentes Material Particulado Hidrocarbonetos NO x CO Metano CO 2 Ozônio SO 2 Vapor de Água Ruído

22 Poluição do Ar Fatores Intervenientes Fatores Meteorológicos Precipitação Temperatura Ventos

23 Poluição do Ar Fatores Intervenientes Fatores Topográficos

24 Autodepuração do Ar

25 Efeitos da Poluição do Ar

26 Inversão Térmica Ar Frio Ar Quente Ar Frio Temperatura

27 Inversão Térmica As inversões térmica ocorrem, na maioria, por dois mecanismos: por radiação e por subsidência. No primeiro caso, a ocorrência se dá mais no inverno, em dias frios e sem nuvens; durante o dia, o aquecimento solar pode resultar em temperaturas mais elevadas perto do solo e durante a noite a superfície do solo resfria-se rapidamente, mas as camadas mais altas de ar (100m) permanecem quentes. O segundo mecanismo ocorre mais em locais de grandes altitudes e deve-se a correntes de ar descendentes.

28 Inversão Térmica Inversão Térmica em São Paulo

29 Chuva Ácida A queima de carvão, de combustíveis fósseis e os poluentes industriais lançam dióxido de enxofre e de nitrogênio na atmosfera. Esses gases combinam-se com o hidrogênio presente na atmosfera sob a forma de vapor de água. O resultado são as chuvas ácidas. Ao caírem na superfície, alteram a composição química do solo e das águas, atingem as cadeias alimentares, destroem florestas e lavouras, atacam estruturas metálicas, monumentos e edificações.

30 Chuva Ácida Convencionalmente, é considerada ácida a chuva que apresenta valores de ph menores do que 5,6. Na chuva, valores de ph inferiores a 5,6 resultam da presença dos ácidos sulfúrico (H2SO4) e nítrico (HNO3), os quais em fase aquosa encontram-se dissociados, isto é, sob a forma de íons hidrogênio (H+), nitrato (NO3-) e sulfato (SO4=)

31 Efeito Estufa O efeito estufa é um fenômeno natural, ele mantém a Terra aquecida ao impedir que os raios solares sejam refletidos para os espaço e que o planeta perca seu calor, sem ele a Terra teria temperaturas médias abaixo de 10ºC negativos. O que vem ocorrendo é o aumento do efeito estufa causado pelas intensas atividades humanas, sendo a principal delas a liberação de CO 2 (dióxido de carbono), metano, óxido nitroso, clorofluorcarbono e ozônio. Os gases de estufa são transparentes às radiações de curto comprimento de onda provenientes do sol, mas absorvem e emitem radiações de ondas longas refletidas pela superfície terrestre.

32 Efeito Estufa Contribuição dos Principais Gases Estufas Vapor d água contribui com 36-70% Dióxido de carbono - contribui com 9-26% Metano contribui com 4-9% Ozônio - contribui com 3-7%

33 Efeito Estufa Consequência Direta: aumento de temperatura; Consequências Indiretas: Diminuição da biodiversidade e da produtividade, mudanças climáticas, aumento do nível do mar, aumento de doenças.

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35 Rarefação da Camada de Ozônio O gás ozônio (O 3 ) é uma forma de oxigênio cuja molécula tem três átomos, em vez de dois (do gás oxigênio), como costuma ser encontrada na natureza. O ozônio é um gás azul-claro com um cheiro penetrante. A estratosfera contém cerca de 90% do ozônio da Terra. A camada de ozônio é uma faixa de 30 metros de espessura, a partir de 15 mil metros acima da superfície da terrestre.

36 Rarefação da Camada de Ozônio Os efeitos adversos causados pela radiação ultravioleta podem aumentar a incidência de câncer de pele, reduzir as safras agrícolas, destruir e inibir o crescimento de espécies vegetais, afetando todo o ecossistema terrestre, além de causar danos aos materiais plásticos.

37 Transporte e Dispersão da Poluição do Ar

38 Tipos de Pluma a - Looping b - Coning c - Fanning d - Fumigating e - Lofting f Trapping serpenteante em forma de cone (cônico) tubular fumegante antifumegante condição neutra ou levemente estável abaixo da inversão

39 Serpenteante Atmosfera instável; Ventos fracos; Pode ter altas concentrações de poluentes: 40% > cônicos Dias típicos de verão (ensolarado).

40 Cônico Condições atmosféricas semelhantes às que dão origem a plumas serpenteantes, entretanto, mais moderadas; Dias ensolarados, entretanto nublados (dias de tempestade de verão, comuns na primavera ou outono - presença de nuvens; Perfeitamente visíveis ao cair da tarde quando a atmosfera é quase neutra; Ventos com intensidade média.

41 Tubular Grande estabilidade atmosférica; Ausência de efeitos mecânicos; Típicos da caída da tarde, noite e amanhecer.

42 Fumengante Ocorre quando a pluma fica aprisionada em uma capa de inversão na qual esta capa se rompe pela parte inferior, deixando livre a pluma; Elevados teores de poluentes (perigoso); Típico das primeiras horas após a saída do sol, que provoca instabilidade junto ao solo (após uma noite com inversão ou grande estabilidade).

43 Antifumegante A pluma possui energia suficiente para atravessar a capa de inversão. A parte inferior da pluma fica aprisionada na parte superior da inversão e a superior segue difundindo-se; Melhor caso de dispersão de plumas (chaminés da ordem de 200 metros); Típico do entardecer.

44 Condição Neutra A pluma fica presa em uma inversão térmica. A atmosfera é estável e não muita dispersão dos poluentes.

45 Pluma Perfil Céu Vento Dia/Noite Looping Super adiabática atmosfera fortemente instável limpo leve dia Coning Atmosfera neutra nublado forte dia / noite Fanning Inversão de superfície limpo leve noite Lofting Base da camada de inversão abaixo do topo da chaminé. Superadiabática. Adiabática acima limpo - entardecer Fumigation Base da camada de inversão acima do topo da chaminé. Superadiabática. Adiabática abaixo Limpo leve amanhecer Trapping Inversão / neutro abaixo.

46 Medidas de Controle

47 Planejamento Territorial e Zoneamento O planejamento deve levar em consideração: o estabelecimento de áreas de proteção sanitária; a direção dos ventos dominantes; a localização seletiva de indústrias de acordo com o seu potencial poluidor; a rapidez do tráfego; a proteção de zonas de cultivo (principalmente hortaliças e forragens); a conservação de áreas verdes de lazer próximas dos centros urbanos.

48 Planejamento Territorial e Zoneamento

49 Planejamento Territorial e Zoneamento

50 Redução ou Eliminação da Emissão São medidas do tipo: utilização de matérias primas e combustíveis com baixo potencial poluidor como o álcool, combustíveis com baixo teor de enxofre, gás combustível; uso de energia elétrica para o transporte urbano; adequados projetos de equipamentos básicos; operação e manutenção adequada de equipamentos e processos; controle meteorológico, com paradas ou redução das atividades poluidoras durante os períodos de condições meteorológicas desfavoráveis ao transporte e difusão de poluentes.

51 Controle das Emissões São formas de diminuir a quantidade de poluentes lançado na atmosfera, as principais medidas são: a diluição de poluentes mediante o uso de chaminés altas; a destruição ou coleta dos poluentes através de equipamentos adequados.

52 Controle das Emissões Precipitador Eletrostático: Utiliza placas eletrostáticas para atrair as partículas e coletá-las. Eficiência de 99,5%

53 Controle das Emissões Filtros Manga: Feitos de diferentes materiais seguem o princípio do aspirador doméstico por pressão positiva ou negativa. Retêm partículas finas com alta eficiência. Eficiência de 99,9%

54 Controle das Emissões Lavadores de Gases ou SCRUBBERS: O gás entra em contato o fluxo líquido que retém as partículas. Eficiência de 99%

55 Controle das Emissões Ciclone: O gás sujo entra pela lateral e passa numa espiral pelo cilindro; conforme a velocidade se reduz as partículas caem pelo cone. Eficiência 90 à 95%

56 Biomonitoramento A fim de se observar a ação da poluição sobre os seres vivos, muitos experimentos têm utilizado bioindicadores, os quais, algumas vezes, são específicos indicadores de um determinado poluente.

57 Biomonitoramento Parâmetros Metais Pesados Ozônio Dióxido de Enxofre Fluoreto Dióxido de Nitrogênio Nitrato de peroxiacetil (PAN) Etileno Carvão- qualidade do ar em minas Indicadores Liquens e Bromélias Espécies de horticultura - milho, cebola, batata inglesa, espinafre, tomate, rabanete, tomate. Espécies ornamentais e frutíferas: crisântemo, lírio, petúnia e uva Feijão, cenoura, alface, rabanete, espinafre, batata doce, maçã e pêra Tulipa, uva, milho, pêssego e eucalipto Alface e azaléia Alface, tomate, dália e petúnia Rosa, pepino, tomate e pêssego Pássaros

58 Obrigado!