POLUIÇÃO DO AR Igor Souza Ogata

Pablo Luiz Fernandes Guimarães

Orientadora: Dayse Luna Barbosa Alunos:

Características da Atmosfera

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.

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.

A Atmosfera

À pressão normal

(760mmHg), a massa da

atmosfera é estimada em 5,6

x 1015 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.

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

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.

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

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.

A Atmosfera

Termosfera (90-500+ 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.

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

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.

A Atmosfera – Gradiente de Temperatura

GRADIENTE VERTICAL

DA ADIABÁTICA SECA

mCozT 100/0,1

GRADIENTE VERTICAL DA

ADIABÁTICA SATURADA

mCozT 100/6,0

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

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.

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.

Poluição do Ar

Componente Ar Normal Ar Poluído

Nitrogênio 78,11% 78,11%

Oxigênio 20,95% 20,95%

Argônio 0,934% 0,934%

Gás Carbônico 305-370 ppm 330-550 ppm

Monóxido de Carbono 012-090 ppm 10-360 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

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.

Poluição do Ar

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.

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.

Processo de Poluição Atmosférica

1 2

3

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.

Poluição do Ar – Fontes de Poluição

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.

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...).

Classificação dos Poluentes

Principais Poluentes

Material

Particulado

CO2

CO

NOx

SO2

Hidrocarbonetos

Ozônio

Metano

Vapor de

Água Ruído

Fatores Meteorológicos

Poluição do Ar – Fatores Intervenientes

Temperatura

Precipitação

Ventos

Fatores Topográficos

Poluição do Ar – Fatores Intervenientes

Autodepuração do Ar

Efeitos da Poluição do Ar

Inversão Térmica

Temperatura

Ar Frio

Ar Frio

Ar Quente

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.

Inversão Térmica

Inversão Térmica em São Paulo

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.

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=)

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 CO2 (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.

Efeito Estufa

Vapor d’ água – contribui com 36-70%

Dióxido de carbono - contribui com 9 - 26%

Metano – contribui com 4 - 9%

Ozônio - contribui com 3 -7%

Contribuição dos Principais Gases Estufas

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.

Rarefação da Camada de Ozônio

O gás ozônio (O3) 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.

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.

Transporte e Dispersão da Poluição do Ar

Tipos de Pluma

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

Serpenteante

Atmosfera instável; Ventos fracos;

Pode ter altas concentrações de poluentes: 40% > cônicos

Dias típicos de verão (ensolarado).

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.

Tubular

Grande estabilidade atmosférica; Ausência de efeitos mecânicos;

Típicos da caída da tarde, noite e amanhecer.

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).

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.

Condição Neutra

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

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.

Medidas de Controle

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.

Planejamento Territorial e Zoneamento

Planejamento Territorial e Zoneamento

Planejamento Territorial e Zoneamento

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.

Redução ou Eliminação da Emissão

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.

Controle das Emissões

Precipitador

Eletrostático:

Utiliza placas

eletrostáticas para

atrair as partículas e

coletá-las.

Eficiência de 99,5%

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%

Controle das Emissões

Lavadores de Gases

ou SCRUBBERS:

O gás entra em

contato o fluxo

líquido que retém

as partículas.

Eficiência de 99%

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%

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.

Biomonitoramento

Parâmetros Indicadores

Metais Pesados Liquens e Bromélias

Ozônio Espécies de horticultura - milho, cebola, batata inglesa, espinafre,

tomate, rabanete, tomate. Espécies ornamentais e frutíferas:

crisântemo, lírio, petúnia e uva

Dióxido de Enxofre Feijão, cenoura, alface, rabanete, espinafre, batata doce, maçã e

pêra

Fluoreto Tulipa, uva, milho, pêssego e eucalipto

Dióxido de Nitrogênio Alface e azaléia

Nitrato de peroxiacetil (PAN) Alface, tomate, dália e petúnia

Etileno Rosa, pepino, tomate e pêssego

Carvão- qualidade do ar em

minas

Pássaros

Obrigado!