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Indaial – 2022 EmissõEs Prof.ª Dayane Juliate Barros 1a Edição GEstão dE AtmosféricAs Elaboração: Prof.ª Dayane Juliate Barros Copyright © UNIASSELVI 2022 Revisão, Diagramação e Produção: Equipe Desenvolvimento de Conteúdos EdTech Centro Universitário Leonardo da Vinci – UNIASSELVI Ficha catalográfica elaborada pela equipe Conteúdos EdTech UNIASSELVI Impresso por: C397 CENTRO UNIVERSITÁRIO LEONARDO DA VINCI. Núcleo de Educação a Distância. BARROS, Dayane Juliate. Gestão de Emissões Atmosféricas. Dayane Juliate Barros. Indaial - SC: Arqué, 2022. 231p. ISBN Digital 978-65-5466-172-0 “Graduação - EaD”. 1. Gestão 2. Atmosfera 3. Poluentes 4. Energia CDD 363.7 Bibliotecário: João Vivaldo de Souza CRB- 9-1679 Olá, acadêmico! No seu dia a dia, você está diante de uma série de atividades diárias (como o transporte) que está associada a impactos ambientais, especialmente na atmosfera. O aumento da emissão de gases poluentes durante as décadas após a Revolução Industrial tem gerado uma demasiada preocupação por parte dos cientistas e, mais recentemente, por parte da população em geral. Essa preocupação está relacionada às consequências da poluição atmosférica, em especial, na saúde. Pensando nisso, ao longo deste material, será possível compreender como funciona a composição e estrutura da atmosfera, quais são os principais indicadores de qualidade do ar, bem como quais são os principais poluentes que afetam tanto o meio ambiente quanto a saúde humana. Na Unidade 1, iniciaremos o estudo trazendo as principais características da atmosfera terrestre, quais são os gases e as partículas que estão presentes na principal camada atmosférica, além de informações sobre aspectos meteorológicos importantes para o entendimento sobre a dispersão da poluição atmosférica. Em seguida, na Unidade 2, aprenderemos conceitos básicos sobre a qualidade do ar, veremos o histórico de grandes eventos de poluição atmosférica que levaram à definição de uma legislação sobre esse tipo de poluição e, ainda, os principais acordos climáticos internacionais. Por fim, na Unidade 3, o foco será entender um pouco do que a ciência já sabe quanto aos efeitos da poluição atmosférica sobre a saúde humana. Será necessário, portanto, um grande comprometimento para com a disciplina, para que todas as informações sejam absorvidas da melhor forma. Bons estudos! Prof. Dayane Juliate Barros APRESENTAÇÃO Olá, acadêmico! Para melhorar a qualidade dos materiais ofertados a você – e dinamizar, ainda mais, os seus estudos –, nós disponibilizamos uma diversidade de QR Codes completamente gratuitos e que nunca expiram. O QR Code é um código que permite que você acesse um conteúdo interativo relacionado ao tema que você está estudando. 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A partir de 2021, além de nossos livros estarem com um novo visual – com um formato mais prático, que cabe na bolsa e facilita a leitura –, prepare-se para uma jornada também digital, em que você pode acompanhar os recursos adicionais disponibilizados através dos QR Codes ao longo deste livro. O conteúdo continua na íntegra, mas a estrutura interna foi aperfeiçoada com uma nova diagramação no texto, aproveitando ao máximo o espaço da página – o que também contribui para diminuir a extração de árvores para produção de folhas de papel, por exemplo. Preocupados com o impacto de ações sobre o meio ambiente, apresentamos também este livro no formato digital. Portanto, acadêmico, agora você tem a possibilidade de estudar com versatilidade nas telas do celular, tablet ou computador. Preparamos também um novo layout. Diante disso, você verá frequentemente o novo visual adquirido. Todos esses ajustes foram pensados a partir de relatos que recebemos nas pesquisas institucionais sobre os materiais impressos, para que você, nossa maior prioridade, possa continuar os seus estudos com um material atualizado e de qualidade. ENADE LEMBRETE Olá, acadêmico! Iniciamos agora mais uma disciplina e com ela um novo conhecimento. Com o objetivo de enriquecer seu conheci- mento, construímos, além do livro que está em suas mãos, uma rica trilha de aprendizagem, por meio dela você terá contato com o vídeo da disciplina, o objeto de aprendizagem, materiais complementa- res, entre outros, todos pensados e construídos na intenção de auxiliar seu crescimento. Acesse o QR Code, que levará ao AVA, e veja as novidades que preparamos para seu estudo. Conte conosco, estaremos juntos nesta caminhada! Acadêmico, você sabe o que é o ENADE? O Enade é um dos meios avaliativos dos cursos superiores no sistema federal de educação superior. Todos os estudantes estão habilitados a participar do ENADE (ingressantes e concluintes das áreas e cursos a serem avaliados). Diante disso, preparamos um conteúdo simples e objetivo para complementar a sua compreensão acerca do ENADE. Confi ra, acessando o QR Code a seguir. Boa leitura! SUMÁRIO UNIDADE 1 - POLUIÇÃO ATMOSFÉRICA: ASPECTOS CONCEITUAIS.................................. 1 TÓPICO 1 - COMPOSIÇÃO E ESTRUTURA DA ATMOSFERA .................................................3 1 INTRODUÇÃO .......................................................................................................................3 2 INTRODUÇÃO E CONCEITOS FUNDAMENTAIS .................................................................4 3 ATMOSFERA: CARACTERÍSTICAS E DINÂMICAS ............................................................8 3.1 EFEITO ESTUFA ..................................................................................................................................... 9 3.2 CLASSIFICAÇÃO DO MATERIAL PARTICULADO ........................................................................... 11 4 METEOROLOGIA E DISPERSÃO ATMOSFÉRICA ..............................................................14 4.1 PROCESSOS DE DEPOSIÇÃO SECA E ÚMIDA ............................................................................... 15 RESUMO DO TÓPICO 1 ......................................................................................................... 17 AUTOATIVIDADE ..................................................................................................................18 TÓPICO 2 - GESTÃO DE QUALIDADE DE AR ....................................................................... 21 1 INTRODUÇÃO ..................................................................................................................... 21 2 CONCEITOS BÁSICOS SOBRE GESTÃO DE QUALIDADE DO AR .................................... 22 2.1 TÉCNICAS DE MONITORAMENTO DA QUALIDADE DO AR .........................................................23 2.1.1 Dispersão de poluentes ............................................................................................................ 27 2.1.2 Velocidade e direção dos ventos ........................................................................................... 27 2.1.3 Inversão térmica ........................................................................................................................28 2.2 DISPERSÃO DOS GASES ATMOSFÉRICOS ....................................................................................29 2.3 EQUIPAMENTOS DE CONTROLE PARA POLUIÇÃODO AR ........................................................32 2.4 MONITORAMENTO NO BRASIL.........................................................................................................34 3 FONTES POLUIDORAS .....................................................................................................37 3.1 FONTES NATURAIS ............................................................................................................................. 37 3.2 FONTES INDUSTRIAIS .......................................................................................................................38 3.3 COMBUSTÃO ........................................................................................................................................38 3.4 FONTES MÓVEIS .................................................................................................................................39 3.5 FONTES DE TOXINAS DO AR ............................................................................................................39 RESUMO DO TÓPICO 2 ......................................................................................................... 41 AUTOATIVIDADE ................................................................................................................. 42 TÓPICO 3 - POLUIÇÃO ATMOSFÉRICA E SEUS EFEITOS ................................................. 45 1 INTRODUÇÃO .................................................................................................................... 45 2 EFEITOS GERAIS DOS POLUENTES ATMOSFÉRICOS ................................................... 46 2.1 CICLO DO CARBONO: ESCALA GLOBAL .........................................................................................46 2.2 CICLOS DE ENXOFRE E NITROGÊNIO ............................................................................................ 47 2.3 POLUIÇÃO ATMOSFÉRICA E SAÚDE HUMANA ......................................................................... 48 2.4 POLUIÇÃO GERAL DO AR ..................................................................................................................49 2.4.1 Dióxido de enxofre ....................................................................................................................50 2.4.2 Dióxido de nitrogênio ................................................................................................................51 2.4.3 Monóxido de carbono ...............................................................................................................51 2.4.4 Compostos Orgânicos Voláteis (COVs) ................................................................................52 2.4.5 Ozônio ..........................................................................................................................................52 2.4.6 Material particulado .................................................................................................................52 2.5 POLUENTES ........................................................................................................................................53 3 EFEITOS DE POLUENTES ATMOSFÉRICOS EM DIFERENTES ÓRGÃOS E SISTEMAS ............................................................................ 53 4 AVALIAÇÃO ESPAÇO-TEMPORAL DA EXPOSIÇÃO PESSOAL: QUAIS MÉTODOS ESTÃO DISPONÍVEIS? ........................................................................... 56 LEITURA COMPLEMENTAR .................................................................................................57 RESUMO DO TÓPICO 3 ........................................................................................................ 60 AUTOATIVIDADE .................................................................................................................. 61 REFERÊNCIAS ..................................................................................................................... 63 UNIDADE 2 — MONITORAMENTO DE POLUENTES ATMOSFÉRICOS .................................75 TÓPICO 1 — FORMAS DE AMOSTRAGEM ............................................................................. 77 1 INTRODUÇÃO .................................................................................................................... 77 2 AMOSTRAGEM DA QUALIDADE DO AR ........................................................................... 77 2.1 CLASSIFICAÇÃO DOS AMOSTRADORES DE AR ........................................................................... 79 2.1.1 Amostradores passivos ............................................................................................................ 80 2.1.2 Amostradores ativos .................................................................................................................83 2.1.3 Analisadores automáticos ...................................................................................................... 84 2.1.4 Sensores remotos .....................................................................................................................85 3 ANÁLISE DE MATERIAL PARTICULADO ........................................................................ 86 3.1 AMOSTRAGEM DE PTS .......................................................................................................................90 3.2 AMOSTRAGEM COM DIFERENCIAÇÃO DE TAMANHO DE PARTÍCULAS ................................93 3.2.1 Impactadores .............................................................................................................................94 3.2.2 Ciclones ......................................................................................................................................96 3.2.3 Amostrador dicotômico .......................................................................................................... 97 3.2.4 High-vol com separador inercial ..........................................................................................98 RESUMO DO TÓPICO 1 ....................................................................................................... 101 AUTOATIVIDADE ................................................................................................................102 TÓPICO 2 - TRANSPORTE E MONITORAMENTO DE POLUENTES ...................................105 1 INTRODUÇÃO ..................................................................................................................105 2 AMOSTRAGEM E MONITORAMENTO DE POLUENTES ..................................................105 2.1 AMOSTRADORES PASSIVOS ESPECÍFICOS ................................................................................105 2.1.1 Poluente: dióxido de enxofre ................................................................................................106 2.1.2 Poluente: dióxido de nitrogênio ...........................................................................................108 2.1.3 Poluente: monóxido de carbono .........................................................................................109 2.1.4 Poluente: ozônio .......................................................................................................................110 2.2 AMOSTRADORES ATIVOS ESPECÍFICOS .......................................................................................111 2.2.1 Amostragem ativa - SO2 ......................................................................................................................................................................................... 111 2.2.2 Amostragem ativa - NO2 .......................................................................................................................................................................................113 2.2.3 Amostragem ativa - O3 ............................................................................................................................................................................................1132.3 ANALISADORES AUTOMÁTICOS ESPECÍFICOS ..........................................................................114 2.3.1 Dióxido de enxofre ...................................................................................................................114 2.3.2 Óxidos de nitrogênio (NO e NO2) ..........................................................................................114 2.3.3 Monóxido de carbono .............................................................................................................115 2.3.4 Ozônio .........................................................................................................................................116 2.3.5 Material particulado ................................................................................................................ 117 3 MODELOS DE TRANSPORTE ATMOSFÉRICO ................................................................ 119 3.1 CLASSIFICAÇÃO DOS MODELOS .................................................................................................. 122 3.1.1 Modelos gaussianos ................................................................................................................ 122 3.2 LIMITAÇÕES DOS MODELOS EM GERAL ..................................................................................... 124 3.3 EXEMPLOS DE MODELOS .............................................................................................................. 125 4 SISTEMAS DE TRATAMENTO DE POLUENTES ATMOSFÉRICOS .................................126 RESUMO DO TÓPICO 2 .......................................................................................................129 AUTOATIVIDADE ................................................................................................................130 TÓPICO 3 - METODOLOGIAS DE CONTROLE DA POLUIÇÃO ATMOSFÉRICA ..................133 1 INTRODUÇÃO ..................................................................................................................133 2 MÉTODOS DE CONTROLE: MEDIDAS DIRETAS E INDIRETAS ......................................133 2.1 MEDIDAS INDIRETAS DE CONTROLE DE POLUIÇÃO ................................................................ 134 2.1.1 Não geração dos poluentes ................................................................................................... 134 2.1.2 Redução no volume de poluentes gerados ...................................................................... 136 2.1.3 Diluição dos poluentes (chaminés elevadas) ................................................................... 136 2.1.4 Planejamento territorial ......................................................................................................... 137 2.2 MEDIDAS DIRETAS DE CONTROLE DE POLUIÇÃO ................................................................... 137 2.2.1 Concentração dos poluentes na fonte: tratamento antes do lançamento na atmosfera ..................................................................................................................................138 2.2.2 Retenção do poluente após geração: equipamentos de controle de poluição do ar ............................................................................................................................................ 139 3 CLASSIFICAÇÃO DOS EQUIPAMENTOS DE CONTROLE ...............................................139 3.1 CONTROLE DE MATERIAL PARTICULADO ................................................................................... 139 3.1.1 Coletores secos: mecânicos inerciais e gravitacionais ..................................................140 3.1.2 Coletores secos: centrífugos ................................................................................................ 142 3.1.3 Coletores secos: precipitadores .......................................................................................... 143 3.1.4 Coletores secos: filtros de manga ......................................................................................144 3.1.5 Coletores úmidos: lavadores úmidos ................................................................................. 145 3.2 CONTROLE DE POLUENTES GASOSOS ....................................................................................... 147 3.2.1 Condensador ............................................................................................................................ 147 3.2.2 Absorvedor .............................................................................................................................. 149 3.2.3 Adsorvedor ...............................................................................................................................151 3.2.4 Incinerador .............................................................................................................................. 152 3.2.5 Separador de membranas .................................................................................................... 153 3.2.6 Biofiltros .................................................................................................................................... 153 4 FATORES ELENCADOS PARA A TOMADA DE DECISÃO NA ESCOLHA DOS EQUIPAMENTOS .................................................................................153 LEITURA COMPLEMENTAR ...............................................................................................155 RESUMO DO TÓPICO 3 ....................................................................................................... 157 AUTOATIVIDADE ................................................................................................................158 REFERÊNCIAS .................................................................................................................... 161 UNIDADE 3 — CONSEQUÊNCIAS DA POLUIÇÃO ATMOSFÉRICA, PADRÕES E PARÂMETROS DE QUALIDADE DE AR ..........................................................169 TÓPICO 1 — POLUIÇÃO E MEIO AMBIENTE ........................................................................171 1 INTRODUÇÃO ...................................................................................................................171 2 EFEITOS DA POLUIÇÃO ATMOSFÉRICA SOBRE O AMBIENTE ......................................171 2.1 POLUIÇÃO ATMOSFÉRICA E QUALIDADE VISUAL ..................................................................... 172 2.2 POLUIÇÃO ATMOSFÉRICA E FENÔMENOS METEOROLÓGICOS ............................................ 174 2.1.1 Aumento da precipitação ...................................................................................................... 174 2.1.2 Mudança da temperatura global da Terra .........................................................................177 2.1.3 Depleção do ozônio ................................................................................................................180 2.1.4 Danos à vegetação .................................................................................................................186 3 EFEITOS DA POLUIÇÃO ATMOSFÉRICA SOBRE MATÉRIAS .........................................188 RESUMO DO TÓPICO 1 ....................................................................................................... 191 AUTOATIVIDADE ................................................................................................................192 TÓPICO 2 - PARÂMETROS E PADRÕES DE QUALIDADE DO AR ......................................195 1 INTRODUÇÃO ..................................................................................................................195 2 PADRÕES DE QUALIDADE DO AR: LEGISLAÇÃO ..........................................................195 2.1 QUALIDADE AMBIENTAL E CONTROLE DA POLUIÇÃO EM SENTIDO AMPLO ..................... 196 2.2 CONTROLE DA EMISSÃO POR FONTES FIXAS ...........................................................................198 2.3 CONTROLEDA EMISSÃO POR FONTES MÓVEIS ......................................................................200 3 PROGRAMA NACIONAL DE CONTROLE DE QUALIDADE DO AR (PRONAR) ................ 203 3.1 PRONAR: CONSIDERAÇÕES INICIAIS E ESTRATÉGIAS ........................................................... 203 3.2 PRONAR: INSTRUMENTOS ............................................................................................................ 204 4 PROGRAMA DE CONTROLE DA POLUIÇÃO DO AR POR VEÍCULOS (PROCONVE) ...... 205 5 GESTÃO DE FONTES ESTACIONÁRIAS DE POLUIÇÃO ATMOSFÉRICA ....................... 206 RESUMO DO TÓPICO 2 ...................................................................................................... 209 AUTOATIVIDADE ................................................................................................................210 TÓPICO 3 - ÍNDICE DE QUALIDADE DO AR (IQAr) ............................................................213 1 INTRODUÇÃO ..................................................................................................................213 2 VALORES PARA A AVALIAÇÃO DA QUALIDADE DO AR ................................................213 3 ESTUDO DE CASO DE POLUIÇÃO ATMOSFÉRICA ......................................................... 217 LEITURA COMPLEMENTAR ...............................................................................................221 RESUMO DO TÓPICO 3 ...................................................................................................... 223 AUTOATIVIDADE ............................................................................................................... 224 REFERÊNCIAS ................................................................................................................... 227 1 UNIDADE 1 - POLUIÇÃO ATMOSFÉRICA: ASPECTOS CONCEITUAIS OBJETIVOS DE APRENDIZAGEM PLANO DE ESTUDOS A partir do estudo desta unidade, você deverá ser capaz de: • compreender os aspectos fundamentais e a composição da atmosfera terrestre, assim como os gases envolvidos; • entender as condições climáticas e sua atuação na dispersão de poluentes atmosféricos; • conhecer as principais fontes poluidoras; • entender as principais consequências da poluição para a saúde humana. A cada tópico desta unidade você encontrará autoatividades com o objetivo de reforçar o conteúdo apresentado. TÓPICO 1 - COMPOSIÇÃO E ESTRUTURA DA ATMOSFERA TÓPICO 2 - GESTÃO DE QUALIDADE DO AR TÓPICO 3 - POLUIÇÃO ATMOSFÉRICA E SEUS EFEITOS Preparado para ampliar seus conhecimentos? Respire e vamos em frente! Procure um ambiente que facilite a concentração, assim absorverá melhor as informações. CHAMADA 2 CONFIRA A TRILHA DA UNIDADE 1! Acesse o QR Code abaixo: 3 COMPOSIÇÃO E ESTRUTURA DA ATMOSFERA 1 INTRODUÇÃO O que você considera uma cidade poluída? Saberia identificar as principais fontes de emissão de poluição? E a legislação sobre os principais poluentes? Saberia interpretá-la? Afinal, o que você entende como poluição do ar? A poluição atmosférica pode ser definida como a introdução de substâncias nocivas aos seres humanos e outros organismos vivos no meio ambiente. Esses poluentes podem ser sólidos, líquidos ou gases nocivos, produzidos em concentrações acima do normal, que reduzem a qualidade do nosso meio ambiente (MANISALIDIS et al., 2020). Há algumas décadas, poucas pessoas estavam familiarizadas com o termo “poluição”. Assim, a maioria percebia um odor desagradável, mas, para os poluentes, ainda não existia uma quantificação adequada ou um estabelecimento de legislação. Começou-se, então, a discutir a necessidade do estabelecimento de uma linha de base para a tomada de medidas. Com isso, os profissionais do meio ambiente tiveram de chegar a uma definição sobre o que é e o que não é “poluição”. Atualmente, é difícil encontrar alguém que não saiba o que isso significa ou as consequências da poluição sobre a saúde, por exemplo. As atividades humanas, inclusive, têm resultado em uma série de efeitos adversos sobre o meio ambiente, poluindo a água que bebemos, o ar que respiramos e o solo em que as plantas crescem (MANISALIDIS et al., 2020). De acordo com Manisalidis et al. (2020), a Revolução Industrial, que teve seu início aproximadamente na segunda metade do século XVIII e se estendeu até o início do século XIX, foi um período de enormes mudanças na Europa e na América. A invenção de novas tecnologias, desde teares mecanizados para tecer tecidos e a locomotiva a vapor até melhorias na fundição de ferro, transformou as sociedades rurais de agricultores e artesãos que faziam os produtos à mão. Embora a Revolução Industrial tenha criado crescimento econômico e oferecido novas oportunidades, esse progresso trouxe desvantagens significativas, desde danos ao meio ambiente até riscos à saúde e segurança. Sem dúvida, a poluição ambiental global é considerada um problema de saúde pública internacional com múltiplas facetas (MANISALIDIS et al., 2020). Com o avançar do entendimento sobre poluição atmosférica, os poluentes se tornaram um problema ao entrar em contato com o receptor. Nossa compreensão dos TÓPICO 1 - UNIDADE 1 4 processos atmosféricos é uma das áreas emergentes da ciência e tecnologia ambiental, crescendo a partir do aumento da sensibilização para a poluição atmosférica e os avanços das tecnologias de controle no século XXI. Portanto, a saúde pública é, geralmente, o principal motor para avaliar e controlar os contaminantes ambientais, mas os ecossistemas também são importantes receptores de contaminantes (MANISALIDIS et al., 2020). Os contaminantes têm impacto sobre as estruturas, incluindo monumentos históricos e culturalmente importantes, como os contaminantes na precipitação (por exemplo, nitratos e sulfatos), que a tornam mais corrosiva do que normalmente seria de esperar (chuva ácida). Com o aumento da população mundial que vive em áreas urbanas por conta da oportunidade de uma melhor qualidade de vida, muitos centros urbanos apresentaram uma rápida expansão. Segundo a Organização das Nações Unidas (ONU), atualmente, 55% da população mundial vive em áreas urbanas, e a expectativa é de que essa proporção aumente para 70% até 2050 (POPULAÇÃO, 2019). Conforme Molina e Molina (2004), essa concentração de pessoas e atividades associadas é responsável por exercer uma crescente pressão sobre o ambiente natural, resultando em impactos em diferentes níveis: local, regional e global. Diante da incidência de tais impactos, é imprescindível o estudo da atmosfera e do comportamento dos gases, assim como as principais consequências sobre o meio ambiente e seres vivos e a realização do monitoramento da qualidade do ar. 2 INTRODUÇÃO E CONCEITOS FUNDAMENTAIS O ar é um requisito essencial para a sobrevivência e o desenvolvimento da maioria das formas de vida na Terra. No entanto, antes de falarmos mais sobre poluição do ar e gestão de emissões atmosféricas, é necessário trazer à tona ou recordar alguns conceitos fundamentais sobre a atmosfera. A palavra “atmosfera” deriva das palavras gregas antigas “atmós”, que pode ser traduzida como “vapor, neblina ou respiração”; e “sfaira”, que significa “esfera” (BOHME, 2021). A atmosfera terrestre pode ser definida como uma massa de matéria gasosa composta por diversas substâncias em concentrações distintas. Porém, Branco e Murgel (2004) ressaltam que a atmosfera também possui uma porção sólida, constituída por poeira em suspensão, pólen, microrganismos etc.; e por uma porção líquida, composta de gotículas resultantes da condensação do vapor d’água, na forma de nuvens, neblinas e chuvas. A composição da atmosfera é única no Sistema Solar e, em grande parte, é determinada pelos processos biológicos nos oceanos, nos solos e na vegetação, os quais interagem com os processos químicos na atmosfera (FOWLER et al., 2009). 5 Law (2001) nos explica que a composição atmosférica é mantida por processos abióticos e bióticosnos ecossistemas terrestres e marinhos. Vejamos a tabela a seguir para entender melhor. Tabela 1 – Composição elementar do ar seco do século XXI em volume Fonte: adaptada de Gatley, Herrmann e Kretzschmar (2008) Atualmente, a atmosfera é composta, principalmente, por dois gases inertes: nitrogênio (N2) e gás nobre argônio (Ar); e dois gases reativos: oxigênio (O2) e dióxido de carbono (CO2), com outras espécies de gases presentes em quantidades vestigiais (PINTI, 2021). Os gases nobres dizem respeito ao grupo de elementos (hélio, neônio, argônio, criptônio, xenônio e radônio) da coluna mais à direita da tabela periódica dos elementos. Na maioria das circunstâncias naturais, esses elementos não formam compostos químicos, por isso, são chamados de “nobres” (PODOSEK, 2003). NOTA O gás atmosférico mais comum na atmosfera, o nitrogênio, é considerado inerte, ou seja, não reage prontamente com outras substâncias para formar novos com- postos químicos. O segundo mais comum, o oxigênio, é necessário para a respiração de toda vida animal na Terra. Ao contrário do nitrogênio, o oxigênio é extremamente re- ativo. Exemplos da atuação do oxigênio na oxidação incluem a mudança da cor da maçã após ser cortada e a ferrugem do ferro. Com aproximadamente 1%, o argônio é um gás inerte e fica em terceiro lugar na composição atmosférica. 6 Os três gases reunidos representam 99,96% da composição da atmosfera. Os 0,04% restantes contêm uma grande variedade de gases residuais, com vários deles apresentando papel crucial para a vida na Terra. Conforme mostrado na Tabela 1, nitrogênio e oxigênio são os principais constituintes da atmosfera terrestre, com suas proporções girando em torno de 99% tanto em massa quanto em volume. Suas composições variam pouco com o tempo, por isso, são considerados gases permanentes. As proporções de CO2, vapor de água H2O e O3, embora ocorram em pequenas proporções, desempenham papéis extremamente importantes nos processos atmosféricos por causa das suas propriedades radiativas e termodinâmicas (SAHA, 2008). A presença da água na atmosfera é especialmente importante devido às suas três fases: vapor, líquido e sólido. Uma mudança de fase envolve a liberação ou absorção de uma grande quantidade de calor, o que afeta suas propriedades e seu comportamento. O vapor de água desempenha um papel dominante no equilíbrio radiativo e no ciclo hidrológico. A condensação do vapor em nuvens e a chuva resultam na formação de calotas polares, exemplos clássicos de mudança de fase da água (SAHA, 2008). É considerado o elemento principal na termodinâmica da atmosfera, pois transporta calor latente, contribui para a absorção e emissão em várias faixas e se condensa em nuvens, que refletem e absorvem a radiação solar, afetando diretamente o balanço energético (JACOB, 2001). De acordo com Jacob (2001), na chamada baixa atmosfera, as concentrações de vapor de água podem variar em ordens de magnitude de lugar para lugar. Esse vapor é encontrado na atmosfera em quantidades pequenas e altamente variáveis. Embora esteja quase ausente na maior parte da atmosfera, sua concentração pode variar até 4% em áreas muito quentes e úmidas, próximas à superfície. Apesar de sua relativa escassez, a água atmosférica, provavelmente, tem mais impacto na Terra do que qualquer um dos principais gases, além do oxigênio. O dióxido de carbono (CO2), por sua vez, é o gás de efeito estufa icástico e o principal fator que impulsiona as atuais mudanças climáticas globais (NAVARRO-JAÉN et al., 2021). O CO2 é exigido pelas plantas para a realização da fotossíntese, processo de utilização da luz solar para armazenamento de energia na forma de açúcares simples, dos quais toda a vida terrestre depende. O ciclo global do nitrogênio foi muito perturbado pelas atividades humanas, resultando em uma elevada deposição de nitrogênio em muitas partes do mundo. A ameaça que sua deposição representa para a função do ecossistema e a biodiversidade é cada vez mais reconhecida (STEVENS; DAVID; STORKEY, 2018). Para ler mais sobre o assunto, acesse o link: https://bit.ly/3UqADqO. Acesso em: 2 set. 2022. INTERESSANTE 7 Os gases de efeito estufa, como são chamados, são compostos de moléculas que absorvem e emitem radiação infravermelha, que é sentida como calor. A energia solar irradiada pelo sol está, principalmente, na faixa visível, sendo que essa radiação é absorvida pela Terra e, então, irradiada de volta para o espaço, não como luz visível, mas como radiação infravermelha (THE RADIATION [c2002]). Assim, as moléculas de gases de efeito estufa absorvem parte dessa radiação antes de escapar para o espaço e reemitem parte dela de volta à superfície. Tais gases retêm parte do calor que escapa e aumentam a temperatura geral da atmosfera. Se esta não tivesse os gases de efeito estufa, estima-se que a superfície da Terra seria 32 ºC mais fria. IMPORTANTE O metano (CH4) é o gás traço mais abundante da atmosfera. As concentrações de CH4 mais do que dobraram desde os tempos pré-industriais (WUEBBLES; HAYHOE, 2002). Em um período de 260 anos, de 1750 a 2010, a concentração de CH4 no meio ambiente aumentou de 700 ppb para 1808 ppb (SINGH; KUMAR; ROY, 2018). Conforme Singh, Kumar e Roy (2018), os efeitos do CH4 no clima geram preocupação, uma vez que, depois do vapor de água e do CO2, o CH4 é o gás de efeito estufa mais abundante na troposfera. O seu potencial de aquecimento global é 28 vezes maior do que o do CO2 em uma escala temporal de 100 anos. Ele é considerado um gás de traço reativo, tendo importância para a química troposférica e estratosférica (WUEBBLES; HAYHOE, 2002). Wuebbles e Hayhoe (2002) mencionam que a oxidação do CH4 por hidroxila (OH) na troposfera leva à formação de formaldeído (CH2O), monóxido de carbono (CO) e ozônio (O3), na presença de níveis sufi cientemente elevados de óxidos de nitrogênio (NOx). Junto com o CO, o CH4 ajuda a controlar a quantidade de OH na troposfera. O CH4 também afeta as concentrações de vapor de água e ozônio na estratosfera, desempenhando um papel fundamental na conversão de cloro reativo em HCl menos reativo na estratosfera. Com relação aos compostos de enxofre (S) presentes na atmosfera, podemos citar o dióxido de enxofre (SO2). A queima de combustíveis fósseis, como petróleo e carvão, é a fonte antrópica desse gás para a atmosfera, respondendo por mais de 67% dos gases de enxofre na troposfera. As fontes naturais de compostos de S são os oceanos, o decaimento biológico, a ação biológica em áreas alagadas (pântanos e mangues) e as emissões por vulcões (LUZ, 2017). Um fator importante para a compreensão da composição atmosférica é o conhecimento dos ciclos biogeoquímicos. Para melhor entendermos a composição atmosférica e suas alterações, é necessário conhecer a ocorrência da emissão natural dos gases, os processos de diluição, os mecanismos de transformação, assim como o estabelecimento de políticas de controle ambiental para determinado composto. 8 3 ATMOSFERA: CARACTERÍSTICAS E DINÂMICAS A atmosfera da Terra se estende desde a superfície do planeta até 10.000 quilômetros (6.214 milhas) acima. Depois desse limite, ela se mistura com o espaço. Não existe uma unanimidade na definição do limite superior real da atmosfera, mas existe uma concordância de que a sua maior parte está localizada próximo à superfície da Terra, até uma distância de cerca de oito a 12 quilômetros. Além disso, ela é dividida em uma série de camadas, cada uma apresentando características específicas (ATMOSPHERE, [c2022]). Movendo-se para cima, a partir do nível do solo, essas camadas são chamadas de troposfera, estratosfera, mesosfera, termosfera e exosfera, conforme a figura a seguir. Figura 1 – Camadas da atmosfera terrestre, segundo a variação de temperatura Fonte: Luz (2017, p. 15) A troposfera da Terra se estende desde a superfície até, em média, cerca de 15 (nove milhas) quilômetros de altura, com sua altura mais baixanos polos da Terra e mais alta no Equador. Essa camada é encarregada de manter todo o ar que as plantas precisam para a fotossíntese e os animais (que precisam respirar), contendo cerca de 99% de todo o vapor de água e os aerossóis (minúsculas partículas sólidas e líquidas suspensas na atmosfera). A maior parte do clima da Terra ocorre nessa camada, sendo que quase todas as nuvens geradas pelo clima são encontradas nela, com exceção das nuvens Cumulonimbus, sujo topo pode subir para as partes mais baixas da estratosfera. A aviação, em sua maioria, também ocorre nessa cama, inclusive na região de transição entre a troposfera e a estratosfera (ATMOSPHERE, [c2022]). A estratosfera, por sua vez, estende-se do topo da troposfera até cerca de 50 km (31 milhas) acima do solo. A camada de ozônio é encontrada dentro da estratosfera. As moléculas de ozônio, nessa camada, absorvem a luz ultravioleta (UV) de alta energia do sol, convertendo a energia UV em calor. Ao contrário da troposfera, a estratosfera fica mais quente quanto mais alto você sobe. Os jatos comerciais de passageiros voam na estratosfera inferior, por exemplo, uma vez que essa camada é considerada menos turbulenta, proporcionando uma viagem mais suave (ATMOSPHERE, [c2022]). 9 Acima da estratosfera, está a mesosfera. Ela se estende para cima, a uma altura de cerca de 80 km (50 milhas) acima da Terra. A maioria dos meteoros queimam nessa camada. Além disso, as temperaturas mais frias na atmosfera da Terra, cerca de -90 ºC (-130 ºF), são encontradas próximas do topo da mesosfera (ATMOSPHERE, [c2022]). A camada de ar muito rara acima da mesosfera é chamada de termosfera. Raios-x de alta energia e radiação UV do sol são absorvidos na termosfera, elevando sua temperatura para centenas ou, às vezes, milhares de graus. Essa camada é mais parecida com o espaço sideral do que com uma parte da atmosfera. Muitos satélites orbitam a Terra dentro dessa camada. As temperaturas superiores podem variar de cerca de 500 ºC (932 ºF) a 2.000ºC (3.632 ºF) ou mais (ATMOSPHERE, [c2022]). Apesar de não existir consenso com relação à exosfera, ela é considerada a verdadeira “fronteira fi nal” das camadas gasosas que envolvem a Terra. Não existe um limite superior bem defi nido para quando a exosfera fi nalmente desaparece no espaço. Algumas defi nições colocam o topo da exosfera em algum lugar entre 100.000 e 190.000 km acima da superfície da Terra (ATMOSPHERE, [c2022]). Agora que já conhecemos cada camada, vale ressaltar que é na troposfera que se observa o contato direto com a crosta terrestre. Assim, é nessa região que ocorrem os estudos sobre poluição do ar, uma vez que é nela que surgem movimentações e transformações dos compostos gasosos. Diante disso, é importante que, nessa primeira parte do nosso estudo, os conceitos-chave de camadas e composição atmosférica sejam entendidos de forma clara, uma vez que a informação é fundamental para o seu entendimento sobre a gestão atmosférica. Vamos nos aprofundar? 3.1 EFEITO ESTUFA Nos últimos anos, a conscientização das pessoas sobre o aquecimento global aumentou. Em 2021, a Organização Mundial de Saúde (OMS) reconheceu as mudanças climáticas como a maior ameaça à saúde no mundo no século XXI (LACHOWSKA et al., 2022). Lachowska et al. (2022) mencionam que o aumento da temperatura da Terra pode levar a mudanças nos padrões de chuva, aumento do nível do mar e uma gama de impactos sobre as plantas, a vida selvagem e os seres humanos. Gadani e Vyas A camada de ozônio estratosférica protege a vida terrestre, absorvendo a radiação ultravioleta (UV) prejudicial do sol. A distribuição espacial e temporal do ozônio estratosférico é determinada por processos químicos e dinâmicos (LANGEMATZ, 2019). INTERESSANTE 10 (2011, p. 5), por sua vez, citam que "[…] a humanidade pode não ser capaz de sobreviver ao século XXI se o aquecimento global e outras formas de poluição atmosférica continuarem no ritmo atual". Mas o que seria, especificamente, o efeito estufa, que é tão comentado pelos cientistas? O efeito estufa pode ser definido como a diferença entre a temperatura de emissão do corpo negro planetário (em equilíbrio com a irradiância solar absorvida) e a temperatura média global da superfície. A temperatura média real da superfície é maior (em torno de 33 °C, assumindo um albedo planetário constante) devido à absorção e emissão de radiação de onda longa (LW) na atmosfera, por várias substâncias de “estufa” diferentes (SCHMIDT et al., 2010). Figura 2 – Representação do efeito estufa Fonte: Luz (2017, p. 25) Lachowska et al. (2022) nos explicam que o aquecimento global está ligado às emissões de gases de efeito estufa, como vapor d’água, dióxido de carbono (CO2), metano (CH4), óxido nitroso (N2O), fluorocarbonetos halogenados (HCFCs), ozônio (O3), carbonos perfluorados (PFCs) e hidrofluorocarbonetos (HFCs). A emissão global excessiva desses gases (principalmente CO2 e CH4), devido à queima de combustível fóssil para geração de energia, é a principal causa da poluição do ar e do efeito estufa. Os níveis de CO2 são substancialmente mais altos agora do que 11 em qualquer momento nos últimos 750.000 anos. A queima de combustíveis fósseis elevou os níveis de CO2 de uma concentração atmosférica de aproximadamente 280 parte por milhão (ppm) em tempos pré-industriais para mais de 400 ppm em 2018. Esse é um aumento de 40% desde o início da Revolução Industrial (LINDSEY, 2022). A vida útil dos gases de efeito estufa varia de meses a milhares de anos devido a múltiplos motivos. Para colocarmos isso de forma que você seja capaz de visualizar com mais exatidão, a vida útil do CO2 no ar, por exemplo, é de aproximadamente a 100 anos. Cerca de 50% do CO2 liberado na atmosfera, eventualmente, será removido pelo processo de fotossíntese, sendo absorvido pelas árvores. Parte do CO2 total liberado para a atmosfera se dissolve no oceano ao longo de 20–200 anos (ARACHCHIGE; KUMAVASINGHE, 2021). Outros processos mais lentos levam várias centenas de milhares de anos, que envolvem a remoção do gás da atmosfera, incluindo intemperismo químico e formação de rochas. Isto é, o impacto no clima do CO2 emitido durará milhares de anos. Já o CH4 é, principalmente, removido da atmosfera por reações químicas e dura cerca de 12 anos na atmosfera. O N2O leva um tempo maior, resultando em cerca de 114 anos na atmosfera. 3.2 CLASSIFICAÇÃO DO MATERIAL PARTICULADO Embora o problema do material particulado seja uma questão global, sua concentração é maior em regiões com alto grau de desenvolvimento, consequência do transporte, da construção e de outras atividades industriais. O material particulado pode ser classificado com base em seu modo de formação em aerossóis primários e secundários. Além disso, vários métodos podem ser utilizados para sua caracterização física e química (AL-THANI; KOÇ; ISAIFAN, 2018). De acordo com Al-Thani, Koç e Isaifan (2018), a maior porcentagem dos métodos de amostragem e análise química do material particulado depende do tipo de amostra e dos parâmetros medidos. Os aerossóis são, geralmente, compostos por componentes particulados e de fase gasosa, com componentes carbonáceos representando uma grande fração no material particulado no ar. Embora muitos dos poluentes atmosféricos discutidos sejam melhor classificados pela composição química, as partículas são, primeiramente, classificadas de acordo com as suas propriedades físicas. O material particulado é uma classificação física comumente utilizada em partículas encontradas no ar, como pó, fuligem, fumo e gotículas de líquido, apresentando uma composição altamente variável. É lógico que uma caracterização de uma partícula revela muito sobre a sua fonte. A forma como ela é formada atua diretamente sobre o seu tamanho. Podemos exemplificar pensando na combustão da gasolina presente nos carros. 12 O exemplo a seguir mostra a fórmula de combustão completa do isoctano (componenteda gasolina): C8H18(g) + 25/2 O2 (g) → 8 CO2(g) + 9 H2O(l). Pode-se perceber que o CO2 que é emitido quando o carro está em movimento? Não, certo? Assim, a combustão pode gerar partículas muito pequenas, enquanto as partículas grosseiras são formadas por processos mecânicos. O material particulado no ar ambiente possui uma distribuição ubíqua. A concentração, tamanho da partícula e as características químicas do material particulado variam amplamente no espaço e no tempo. Uma expressão útil do tamanho de partícula é o diâmetro aerodinâmico, que é definido como o diâmetro de uma partícula esférica com uma densidade de 1 g/cm3, com a mesma velocidade de sedimentação que a partícula que deve ser caracterizada (HINDS, 1999). Partículas com um diâmetro aerodinâmico de <10 μm (PM10) são categorizadas como partículas grossas, finas e ultrafinas, com diâmetros aerodinâmicos entre 2,5 e 10 μm, <2,5 μm (PM2,5) e <0,1 μm (PM0,1), respectivamente. A fração grosseira de PM10 inclui materiais de cristal, sal marinho e componentes biológicos. PM2,5 e PM0,1 ambientais são predominantemente produzidos por processos de combustão e consistem, principalmente, em metais, hidrocarbonetos e partículas secundárias geradas por reações químicas com compostos gasosos na atmosfera (KOK et al., 2006). Podemos observar isso com a figura a seguir. Figura 3 – Classificação por tamanho e composição do material particulado atmosférico em relação a sua fonte Fonte: adaptada de Brito, Sodré e Almeida (2018) 13 Conforme Brito, Sodré e Almeida (2018), a queima de combustíveis fósseis é responsável por promover a emissão de partículas como o carbono negro. Na Figura 3, é possível observar uma variedade de fontes de materiais particulados para a atmosfera, de origem natural e antrópica. Aqueles oriundos de fontes naturais (como o aerossol de spray marinho, os materiais provenientes da desagregação de rochas e solos e os incêndios naturais) possuem uma composição similar ao material originário. No caso do smog fotoquímico, que é uma mistura com propriedades oxidantes de gases e aerossóis, parte tem emissão direta para a atmosfera, enquanto o restante, resultante de reações fotoquímicas, representa uma parte importante de material particulado na atmosfera (BRITO; SODRÉ; ALMEIDA, 2018). Alves (2014) cita que os aerossóis marinhos são causados, principalmente, por processos de formação de bolhas na superfície do oceano e pela arrebentação das ondas em áreas costeiras. Tais processos são favorecidos pela ação dos ventos. O aerossol de spray marinho (SSA) é o principal material particulado emitido diretamente do oceano. Estudos mostram que o SSA domina a massa de aerossol na camada limite marinha (MBL) (LIU et al., 2021). Tal domínio torna o SSA um ator importante nas mudanças climáticas (JACOB, 2001). O forçamento radiativo ou climático é defi nido como a diferença de isolamento (luz solar) absorvido pela Terra e irradiado de volta para o espaço O material particulado pode infl uenciar o forçamento radiativo de duas formas: 1. espalhando e absorvendo diretamente a irradiação solar; 2. espalhando e absorvendo indiretamente, favorecendo a formação de nuvens. INTERESSANTE De acordo com Liu et al. (2021), mais de dois terços da Terra são cobertos pelo oceano. Ma et al. (2008), por sua vez, nos indicam que a troca de materiais entre o oceano e a atmosfera afeta o equilíbrio da energia da Terra em escala global. O termo "aerossol" é frequentemente utilizado como sinônimo de material particulado. Um aerossol inclui tanto as partículas como todos os componentes da fase de vapor ou gás do ar. ATENÇÃO 14 Geralmente, quando pensamos em partículas, logo nos vem ao pensamento algo esférico ou angular, como partículas do solo. As partículas que possuem como característica o alongamento são diferenciadas como “fibras”. Estas são ambientalmente importantes e incluem a fibra de vidro, de tecidos e de minerais. A exposição à fibra de vidro e às fibras têxteis ocorre com maior frequência em ambientes industriais, estando associada a problemas de saúde dos trabalhadores têxteis expostos à matéria fibrosa em altas doses, durante muitos anos. Por exemplo, a exposição crônica às fibras de algodão sem ventilação adequada e máscara de proteção possui alta correlação com a bissinose ou doença do pulmão marrom, que se caracteriza pelo lento declínio da função pulmonar. No entanto, ao discutir as fibras, é altamente provável que o primeiro contaminante a se pensar é o amianto, um grupo de minerais altamente fibrosos com separáveis, longas e finas fibras. As fibras de amianto podem ser inaladas durante a mineração, a extração, o processamento e o uso. 4 METEOROLOGIA E DISPERSÃO ATMOSFÉRICA A poluição atmosférica, em suma, envolve três processos: emissão, transporte e deposição. De acordo com Luz (2017), a emissão pode ser definida como a liberação dos gases poluentes para a atmosfera, sendo classificada, comumente, em fonte natural ou antrópica e fixa ou móvel. A modificação química ou física e a diluição dos poluentes na atmosfera estão relacionadas ao processo de transporte. Este é o movimento causado por um fluxo de vento com média de tempo. A dispersão resulta da turbulência local, ou seja, de movimentos que duram menos do que o tempo usado para calcular a média do transporte. Já a deposição está relacionada à deposição dos poluentes. Os processos de deposição, incluindo precipitação, limpeza e sedimentação, causam o movimento descendente de poluentes na atmosfera, que, finalmente, removem os poluentes para a superfície do solo. Durante a última década, as complexidades do transporte e da dispersão de poluen- tes atmosféricos, associados às emissões veiculares, foram estudadas com experimentos elaborados de campo e modelagem. Como os poluentes podem percorrer distâncias de me- tros a centenas de quilômetros, as escalas relativas de movimento envolvidas na distinção entre fenômenos de transporte e dispersão podem variar de problema para problema. O carbono negro fortemente absorvente de luz (BC ou fuligem) é produzido a partir da combustão incompleta de combustíveis carbonáceos, como combustíveis fósseis, queima de madeira e biocombustíveis (BOND et al., 2013). Ao absorver a radiação solar, aquece o ar e reduz a nebulosidade tropical, assim como a visibilidade atmosférica (ACKERMAN, 2000; JINHUAN; LIQUAN, 2000). NOTA 15 A concentração de poluentes associados aos veículos em movimento é determinada por diversos fatores, como taxa de emissão de poluentes do veículo, mistura induzida pelo movimento do veículo, velocidade e direção do vento em relação ao eixo da rodovia, intensidade da turbulência atmosférica ambiente, reações a ou de outras espécies químicas e taxa de remoção para a superfície do solo (deposição). Por outro lado, as concentrações associadas a veículos parados — como podem ser encontradas em filas de trânsito, estruturas de estacionamento e cânions de ruas — são determinadas pelas taxas de emissão e pelos fluxos de vento e turbulência produzidos pela interação do vento local com estruturas complexas, como edifícios e barreiras acústicas nas estradas. O clima desempenha um papel na maioria desses componentes, geralmente causando taxas de emissão mais altas em temperaturas mais baixas (CHANG; MICHIGAN, 1983). A deposição atmosférica é um importante meio de controle da poluição do ar, envolvendo processos secos e úmidos. A deposição seca se refere à deposição de partículas ou gases da atmosfera por meio da entrega direta de massa à superfície (ou seja, por não precipitação), enquanto isso, os processos úmidos estão atrelados à chuva ou limpeza pela neve (WU et al., 2018). Nesse caso, o material particulado é classificado como “partícula de chuva”. Estudos que tratam dos dois tipos de deposição mostram que o processo de deposição possui eficiência na remoção de materiais particulados. 4.1 PROCESSOS DE DEPOSIÇÃO SECA E ÚMIDA Giardinae Buffa (2018) nos explicam que o processo de deposição se refere a todos os fenômenos de natureza meteorológica, química e biológica que exercem influência sobre um fluxo de gases e partículas poluentes, interagindo com a superfície do solo, sem envolver a água na atmosfera. Com relação ao conhecimento sobre a deposição seca de partículas, os autores descrevem os fenômenos primários que podem afetar a deposição: • o transporte relacionado à turbulência atmosférica na parte inferior da Camada Limite Atmosférica (CLA), denominada Camada Superficial (LS). O transporte independe das naturezas física e química do poluente e depende exclusivamente do nível de turbulência atmosférica (ou seja, movimentos turbulentos do ar); • difusão na fina camada de ar, levando em consideração a interface ar-solo, em que a difusão molecular para o gás, a difusão turbulenta para partículas e a gravidade para partículas mais pesadas se tornam dominantes; • transferência para a camada de solo, que mostra uma dependência pronunciada do tipo de superfície com a qual o poluente interage. A difusão browniana e os efeitos de turbulência colaboram significativamente para a velocidade total de deposição seca para partículas na faixa de tamanho de 0,01 μm a, aproximadamente, alguns micrômetros. Acima dessa faixa de tamanho, a deposição é dominada por outros 16 fenômenos, como a impactação inercial, caracterizada por mecanismos de interação (PETROFF et al., 2008): • impactação inercial, que indica que a inércia da partícula é alta, então, ela é transportada pelo fluxo em direção a um obstáculo, não sendo possível seguir o desvio do fluxo e, consequentemente, pode ir de encontro com o obstáculo e permanecer na superfície; • impactação turbulenta, quando a partícula possui uma velocidade alta, então, é transportada pelo fluxo em direção a um empecilho, não podendo seguir o desvio do fluxo e, por conseguinte, pode colidir com o obstáculo e permanecer na superfície. A deposição úmida é outra importante fonte de redução de materiais particulados da atmosfera, ocorrendo, primordialmente, durante eventos de chuva. Tal tipo de deposição é considerada uma das formas mais eficazes para remoção desses materiais da atmosfera (ZANOLETTI; CARNEVALE; BONTEMPI, 2021). Isso porque as gotas de chuva aumentam de tamanho conforme caem em direção ao solo e, assim, capturam cada vez mais poluentes. Gotas de chuva, com efeito, “varrem” a poluição conforme “caem” pelo ar. A capacidade da chuva de remover poluentes depende da sua intensidade, do tamanho e das propriedades elétricas das gotas e da solubilidade das espécies poluentes. No entanto, essa deposição depende dos eventos de pluviosidade, sendo afetada por sua disponibilidade. Resultados recentes mostraram que a deposição úmida representa entre 54% e 71% de deposição de materiais particulados com tamanho na faixa de 1-20 μm (ZANOLETTI; CARNEVALE; BONTEMPI, 2021). 17 Neste tópico, você aprendeu: • O aumento da urbanização nas cidades acarretou crescente pressão sobre os recursos ambientais, resultando em impactos em diferentes escalas. • A Terra é o único planeta do Sistema Solar com uma atmosfera que pode sustentar a vida. A manta de gases não contém apenas o ar que respiramos, mas, também, nos protege do calor e da radiação emanados pelo sol. O ar é um elemento essencial para a sobrevivência dos seres vivos. • A atmosfera terrestre é composta, prioritariamente, por N2 e O2, mas os gases que possuem uma menor fração, como CO2, CH4 e N2O, assim como o vapor d’água, possuem extrema importância, principalmente quanto ao aquecimento global. • Não existe um consenso na definição do limite superior da atmosfera, sendo esta dividida em cinco camadas: troposfera, estratosfera, mesosfera, exosfera e termosfera. • Os gases de efeito estufa são cruciais para manter nosso planeta em uma temperatura adequada para a vida. Sem o efeito estufa natural, o calor emitido pela Terra simplesmente passaria da superfície para o espaço, e a Terra teria uma temperatura média de cerca de -20 °C. Desde o início da Revolução Industrial, em meados do século XVIII, as atividades humanas aumentaram muito as concentrações de gases de efeito estufa na atmosfera. Consequentemente, as concentrações atmosféricas medidas de CO2 são muito maiores do que os níveis pré-industriais. • O clima tem forte influência nas distribuições espacial e temporal das concentrações de poluição do ar. • Os fenômenos de deposição são formas por meios das quais a atmosfera se “limpa”. Existem dois tipos de mecanismos de deposição: a seca, em que há absorção na superfície da terra; e a úmida, ou seja, quando há absorção em gotículas seguida de precipitação de gotículas. RESUMO DO TÓPICO 1 18 AUTOATIVIDADE 1 A idade de formação de um planeta terrestre, sua massa e seu tamanho, bem como o tempo de vida na fase inicial saturada de sua estrela hospedeira, desempenham um papel significativo na evolução de sua atmosfera. Os planetas, mesmo em órbitas dentro da zona habitável de suas estrelas hospedeiras, podem não perder as desgaseificadas por nebulosidade ou catastroficamente, resultando em mundos aquáticos com CO2 e atmosferas superiores ricas em hidrogênio ou oxigênio. Sobre as camadas que integram a camada gasosa do planeta Terra, assinale a alternativa CORRETA: a) ( ) Termosfera, mesosfera, estratosfera, troposfera e exosfera. b) ( ) Neblina de ácido sulfúrico, camada de nuvem de ácido sulfúrico, exosfera e mesosfera. c) ( ) Cromosfera, fotosfera, zona convectiva, zona radiativa e coroa. d) ( ) Baixa atmosfera, alta atmosfera, atmosfera média, exosfera e termosfera. 2 Embora o vapor de água, provavelmente, seja responsável por cerca de 60% do efeito estufa da Terra, ele não controla a temperatura da Terra. Em vez disso, a quantidade de vapor de água é controlada pela temperatura. Isso ocorre porque a temperatura da atmosfera circundante limita a quantidade máxima de vapor de água que a atmosfera pode conter. Se um volume de ar contiver sua quantidade máxima de vapor de água e a temperatura diminuir, parte do vapor se condensará para formar água líquida. É por isso que as nuvens se formam quando o ar quente contendo vapor de água sobe e esfria em altitudes mais altas, quando a água se condensa nas minúsculas gotículas que compõem as nuvens. Assim, com base nas definições dos gases de efeito estufa, analise as sentenças a seguir: I- O efeito estufa foi o responsável por manter a temperatura da Terra em um nível quente o suficiente para a civilização humana se desenvolver nos últimos milênios. II- O metano é um poderoso gás de efeito estufa, capaz de absorver muito mais calor do que o dióxido de carbono, sendo que sua composição tem um carbono e quatro átomos de hidrogênio. III- Uma pequena quantidade dos gases na atmosfera da Terra é considerada gases de efeito estufa, sendo que, atualmente, eles têm um pequeno efeito sobre o clima. Assinale a alternativa CORRETA: a) ( ) As sentenças I e II estão corretas. b) ( ) Somente a sentença II está correta. c) ( ) As sentenças I e III estão corretas. d) ( ) Somente a sentença III está correta. 19 3 Embora o oxigênio seja necessário para a vida na Terra, grande parte da atmosfera não é oxigênio. Esta é composta por cerca de 78% de nitrogênio, 21% de oxigênio, 0,9% de argônio e 0,1% de outros gases. Traços de dióxido de carbono, metano, vapor de água e neon são alguns dos outros gases que compõem os 0,1% restantes. De acordo com os principais gases que compõem a atmosfera da Terra, classifique V para as sentenças verdadeiras e F para as falsas: ( ) O nitrogênio dilui o oxigênio e evita a queima rápida na superfície da Terra. Os seres vivos precisam desse elemento para a produção de proteínas. ( ) Os gases encontrados apenas em pequenas quantidades incluem hélio, xenônio e oxigênio. ( ) O dióxido de carbono é utilizado pelas plantas, que o pegam para produzir o oxigênio.Atua como um cobertor e evita a fuga de calor para o espaço sideral. Assinale a alternativa que apresenta a sequência CORRETA: a) ( ) V - F - F. b) ( ) V - F - V. c) ( ) F - V - F. d) ( ) F - F - V. 4 A OMS relata seis principais poluentes do ar, a saber: poluição por partículas, ozônio troposférico, monóxido de carbono, óxidos de enxofre, óxidos de nitrogênio e chumbo. A poluição do ar pode ter um efeito desastroso em todos os componentes do meio ambiente, incluindo águas subterrâneas, solo e ar. Além disso, representa uma séria ameaça aos organismos vivos. Nesse sentido, descreva cada um dos poluentes e exemplifique fontes relacionadas a cada um. 5 Como resultado do Protocolo de Montreal de 1987 e suas emendas, a carga atmosférica de substâncias antropogênicas destruidoras da camada de ozônio está diminuindo. Assim, espera-se que a camada de ozônio estratosférico se recupere. Pensando nisso, escreva uma pequena nota sobre a camada de ozônio. 20 21 GESTÃO DE QUALIDADE DE AR 1 INTRODUÇÃO O plano de gestão da qualidade do ar urbano é um conjunto de ações que auxilia no alcance de metas de qualidade do ar em determinada área geográfica (GULIA et al., 2015). Assim, ele requer ações do governo, das empresas, das indústrias, de ONGs e da população, sendo uma ferramenta eficaz e eficiente empregada na gestão da qualidade do ar urbano aceitável. No entanto, as práticas do plano de gestão são específicas para as necessidades e os requisitos de um país, sendo que os países em desenvolvimento ainda estão trabalhando na formulação, eficientes para gerenciar. As práticas de gestão são baseadas nas prioridades acordadas para uma região específica de controle e executadas por meio de leis legislativas (ELSOM, 1996; LONGHURST et al., 1996). Os principais componentes da gestão são os objetivos de qualidade do ar, o monitoramento, o inventário de emissões, as ferramentas de previsão, as estratégias de controle e a participação pública. Cada componente desempenha papel preponderante na melhoria da eficiência da gestão da qualidade do ar, reduzindo as concentrações de poluentes. De acordo com Naiker et al. (2012), a implementação eficaz e eficiente do plano de gestão da qualidade do ar urbano nos países em desenvolvimento ainda é uma tarefa desafiadora para os gestores de qualidade do ar devido à falta de compromisso do governo e da participação das partes interessadas; às deficiências nas políticas, nas normas e nos regulamentos; bem como à falta de dados em tempo real sobre a qualidade do ar e os inventários de emissões. Em um dos estudos realizados na Indonésia, Santosa, Okuda e Tanaka (2008) relataram que a poluição do ar urbano é, talvez, o problema ambiental mais grave por conta do rápido crescimento dos setores industrial e de transporte. As práticas de gestão para melhorar a qualidade do ar urbano são muito limitadas, sendo que a parcela do orçamento destinada a isso também é insuficiente (GULIA et al., 2015). Kura et al. (2013) avaliaram os problemas de poluição do ar urbano na China, na Índia e no Brasil, em escala macrourbana, e propuseram uma metodologia baseada nos seguintes fatores: 1. identificação de poluentes críticos e suas fontes; UNIDADE 1 TÓPICO 2 - 22 2. estabelecimento do monitoramento da qualidade do ar; 3. inventário de demissões; 4. priorização de fontes; 5. estratégias de controle; 6. desenvolvimento de sistema de apoio à decisão. Determinar a capacidade de um aglomerado urbano para a realização do planejamento e gerenciamento do ar urbano é uma forma de entender e descrever, quantitativamente, até que ponto as autoridades locais estão lidando com o desafio da poluição do ar e até que ponto são capazes de converter os dados técnicos disponíveis em políticas e informações relevantes para os tomadores de decisão e o público em geral (FRANCO et al., 2019). Gulia et al. (2020) ainda mencionam que o sucesso de qualquer formulação do plano de manejo da qualidade do ar depende da integração e ligação entre seus principais componentes, ou seja, objetivos da política, rede de monitoramento, inventário de emissões, rateio de fontes, modelagem da qualidade do ar, avaliação de exposição à saúde, estratégias de controle e participação pública. Assim, a importância dos componentes-chaves descritos depende da fonte da poluição e da condição climática. A determinação das fontes de poluentes atmosféricos é um parâmetro fundamental para melhorar a qualidade do ar em todo mundo (PETIT et al., 2017). Os avanços científicos têm auxiliado cada vez mais no entendimento sobre a abrangência de distribuição de fontes. No entanto, vale ressaltar que responder “quais são as fontes?” não é suficiente. Deve-se definir a localização de emissão, que representa uma informação essencial. 2 CONCEITOS BÁSICOS SOBRE GESTÃO DE QUALIDADE DO AR A gestão da qualidade do ar se refere a todas as atividades que uma autoridade reguladora realiza para ajudar a proteger a saúde humana e o meio ambiente dos efeitos nocivos da poluição do ar. De acordo com a United States Environmental Protection Agency (HOW MOBILE, 2022), o processo de gestão da qualidade depende de uma série de fatores, os quais incluem, principalmente: • Estabelecimento de metas para melhoria ou manutenção da qualidade do ar por uma instituição governamental. Podemos usar o SO2 como exemplo: por ser um poluente no ar, ele tem os valores máximos e o tempo de exposição preconizados pela legislação brasileira. O nível aceitável de um poluente no ar é uma forma de proteger a saúde pública, incluindo pessoas mais susceptíveis a problemas de saúde respiratórios. • Os responsáveis pelo gerenciamento da qualidade do ar devem determinar qual é a meta de redução de emissões de poluentes. O inventário de emissões, o monitoramento do ar, a modelagem da qualidade do ar e outras ferramentas são utilizadas para um diagnóstico completo da qualidade do ar. 23 • Quando são definidas as estratégias de controle, os responsáveis pelo gerenciamento consideram como as técnicas de prevenção da poluição e controle de emissões podem ser aplicadas de forma mais eficiente, a fim de alcançar as reduções necessárias para atingir as metas esperadas. • Para que as metas sejam atingidas, é necessário implementar programas para as estratégias de controle de poluição. Regulamentos ou programas de incentivo que reduzem as emissões de fontes precisam ser implementados. • A avaliação contínua é primordial para saber se as metas de qualidade do ar estão sendo alcançadas. Pensando nisso, dentre as estratégias de controle da poluição atmosférica, quais você escolheria para o controle de uma fonte emissora de poluentes? Uma forma de controle de emissões é utilizar um dispositivo para remover a totalidade ou parte dos gases poluentes na fonte. Uma segunda possibilidade é que as matérias-primas sejam alteradas. Já uma terceira possibilidade é que o funcionamento do processo seja alterado de forma a diminuir os poluentes emitidos (VALLERO, 2008). De acordo com Vallero (2008), tais métodos de controle possuem custos atrelados, mas os objetivos podem ser alcançados com diferentes estratégias de controle, sendo a situação mais viável utilizar as alternativas que possuam o melhor custo-eficácia. Um inventário de emissões é formado, basicamente, por uma lista com todas as fontes de poluentes que podem entrar no ar em determinado período. Elas podem apontar as principais fontes cujo controle pode levar a uma redução da poluição do local (VALLERO, 2008). Os inventários de emissões podem ser utilizados para fins publicitários e políticos, por exemplo: se o gás natural não puder satisfazer as exigências da área, teremos de queimar mais combustível com elevado teor de enxofre, e as emissões de SO2 aumentarão em oito toneladas por ano. O método utilizado para desenvolver o inventário de emissões tem alguns elementos de erro, mas as outras alternativas são dispendiosas e sujeitas aosseus próprios erros. A primeira alternativa seria monitorizar continuamente cada principal fonte na área. O segundo método seria a monitorização contínua dos poluentes no ar ambiente em muitos pontos, bem como a aplicação apropriada de equações de difusão para calcular as emissões. Na prática, o sistema mais informativo seria uma combinação de todas as três, aplicadas com conhecimento de causa. 2.1 TÉCNICAS DE MONITORAMENTO DA QUALIDADE DO AR O monitoramento da qualidade do ar é o componente básico de qualquer plano de manejo da qualidade do ar e, consequentemente, essencial para a tomada de decisão. 24 Isso auxilia na forma de lidar com as preocupações relacionadas à significância de emissões que precisam ser minimizadas, as áreas prioritárias para ações de controle e a avaliação da eficiência de controle/ações de gestões anteriores. Desse modo, conforme Gulia et al. (2020), para que o plano de manejo da qualidade do ar seja fidedigno, o principal requisito é que ele deverá levar em consideração os dados de monitoramento de um robusto sistema integrado de uma rede de monitoramento de qualidade do ar. Tal sistema deverá incluir uma combinação de diferentes abordagens de monitoramento, como o método manual convencional, contínuo em tempo real e sensor baseado em estações de monitoramento. No entanto, esse design com diferentes abordagens combinadas pode ser um fator limitante em localidades que possuem um orçamento limitado. Diante desse contexto, o objetivo da legislação sobre a qualidade do ar é a garantia da melhor qualidade do ar possível, podendo ser alcançado por meio de dois elementos principais: 1. que seja assegurado que as concentrações de substâncias para as quais existe um nível máximo permitido no ar permaneçam nesses níveis ou, de preferência, abaixo deles; 2. que ocorra uma redução dos níveis excessivos de tais substâncias no ar. Kuklinska, Wolska e Namiesnik (2015) citam que a gestão da qualidade do ar só pode ser eficaz se o estado do ar for monitorado. A função do monitoramento é fornecer dados sobre a composição química ou o grau de contaminação do ar em uma área, sendo permitido avaliar a eficácia das políticas ambientais e os efeitos das ações de proteção. Os autores ainda mencionam que o crescimento econômico dinâmico do século passado levou a um aumento drástico nas emissões de poluentes para o ar (KUKLINSKA; WOLSKA; NAMIESNIK, 2015). Em 1968, especialistas da Organização Meteorológica Mundial elaboraram um programa para monitorar os níveis de certos poluentes atmosféricos ao longo do tempo. Essa iniciativa embasou a primeira Rede Global de Monitoramento de Poluição do Ar, que forneceu informações sobre a influência de poluentes no clima. Na década de 1970, os problemas de conservação da qualidade do ar se tornaram um dos principais tópicos de discussão internacional. Em 1975, a Ata Final da Conferência da Organização para a Segurança e Cooperação na Europa (OSCE) destacou a essência transfronteiriça dos poluentes atmosféricos e a consequente necessidade de estreitar a cooperação entre os países para a melhoria da qualidade do ar. Isso porque, cada vez mais, era observado que os poluentes emitidos em um país não respeitam os limites territoriais, causando efeitos adversos em outros países (KUKLINSKA; WOLSKA; NAMIESNIK, 2015). 25 Na mesma década, em 1979, a Convenção sobre a Poluição Aérea Transfronteiriça de Longo Alcance (LRTAP) foi assinada, sendo que o seu principal objetivo era proteger as pessoas e o meio ambiente da poluição do ar transmitida a longas distâncias, reduzindo as emissões e prevenindo a poluição. Alguns anos depois, em 1987, foi publicado o Protocolo de Montreal sobre substâncias que destroem a camada de ozônio. Ele foi assinado por 197 países, sendo considerado o primeiro tratado na história das Nações Unidas a alcançar a ratificação universal, além de ser considerada a ação ambiental global de maior sucesso. O Protocolo de Montreal e suas emendas têm se mostrado altamente eficazes na proteção do ozônio estratosférico e na prevenção do aumento global da radiação solar ultravioleta-B na superfície da Terra (MCKENZIE et al., 2019). De acordo com Velders et al. (2007), esse acordo internacional também tem colaborado na mitigação do aquecimento global, uma vez que muitas das substâncias destruidoras da camada de ozônio que são regulamentadas pelo Protocolo de Montreal são poderosos gases de efeito estufa. A própria destruição do ozônio contribui para a mudança climática em algumas regiões. Em 1992, as Nações Unidas organizaram a Conferência sobre o Meio Ambiente e Desenvolvimento no Rio de Janeiro, que ficou conhecida como “Cúpula da Terra”. A assinatura da Convenção-Quadro das Nações Unidas sobre Mudança do Clima (UNFCCC) por 154 nações na “Cúpula da Terra” do Rio foi um marco das negociações multilaterais sobre o clima mundial. Seu principal objetivo era a estabilização das concentrações de gases de efeito estufa na atmosfera em um nível que evite interferências antrópicas perigosas no sistema climático (PEREIRA; VIOLA, 2021). O Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas (IPCC) foi criado em 1988 como uma organização intergovernamental independente, descrita em uma resolução da Assembleia Geral da ONU. Ele possui 195 estados membros (BASTE; WATSON, 2022). Baste e Watson (2022) mencionam que o IPCC realiza um compilado de informações científicas com o intuito de avaliar o estado do sistema climático, os motores das mudanças, os efeitos das mudanças climáticas nos sistemas socioeconômicos e naturais e as estratégias de resposta potencial. Os primeiros resultados das avaliações do IPCC fomentaram o estabelecimento da Convenção-Quadro das Nações Unidas sobre Mudança do Clima (UNFCCC) (1992/1994) e avaliações posteriores para o Protocolo de Kyoto (1997/2005) e Acordo de Paris (2015/2016). Os acordos climáticos mais significativos que resultaram das várias conferências das partes são o Protocolo de Quioto, de 1997 e o Acordo de Paris, de 2015. Mesmo com a assinatura de todos esses acordos, as emissões de gases de efeito estufa continuam a aumentar, impulsionadas, principalmente, pelo uso de combustíveis fósseis e mudanças no uso da Terra. A temperatura média da superfície da Terra teve um https://www.sciencedirect.com/topics/earth-and-planetary-sciences/pollution-prevention https://www.sciencedirect.com/topics/earth-and-planetary-sciences/montreal-protocol 26 acréscimo de 1°C quando comparando aos níveis pré-industriais, o que levou a alterações nas zonas climáticas, nos padrões de precipitação, no derretimento de camadas de gelo e geleiras, acelerando o aumento do nível do mar, com alteração da frequência de eventos climáticos extremos mais frequentes e intensos, influenciando, de forma negativa, os sistemas socioeconômicos, ecológicos e a saúde humana (BASTE; WATSON, 2022). O marco da gestão da qualidade do ar, no Brasil, foi a promulgação da Política do Meio Ambiente (PNMA) e das Resoluções n. 5/1989 e n. 31/1990, do Conselho Nacional do Meio Ambiente (Conama), que integram o Programa Nacional de Controle da Qualidade do Ar (Pronar). A PNMA vem disciplinada pela Lei n. 6.938, de 31 de agosto de 1981, tendo em seu escopo o monitoramento da qualidade do ar como um instrumento de acompanhamento da situação da qualidade ambiental, a avaliação dos impactos da poluição atmosférica e o papel obrigatório e indispensável do Poder Público na prestação de informação acerca do meio ambiente (BRASIL, 2020). Na década de 1980, com o acréscimo da frota automobilística brasileira, o governo federal propôs a criação de um programa de controle de poluição veicular, por meio da Resolução Conama n. 18, de 6 de maio de 1986. Entretanto, notou-se que também seria necessário a criação de um programa nacional que considerasse as fontes fixas de poluição atmosférica. Uma vez que, em sua maioria, os estados brasileiros não possuíam padrões locais de emissão