Inversão Térmica

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Universidade de São Paulo
Instituto de Química de São Carlos – IQSC
Poluentes Químicos e Ecotoxicologia
Inversão Térmica
Profª Drª Renata Colombo
Aluna: Sylvia Frida de Almeida Szterenfeld
Nº USP: 8123120
São Carlos, 06 de Agosto de 2013
A Inversão Térmica
A inversão térmica é um processo que impede a corrente convectiva das correntes de ar, e é causado pela poluição, sendo muito comum nas grandes cidades. No fluxo normal das correntes, o ar quente próximo a superfície do solo sobe até a parte mais alta, por ser menos denso. Por sua vez, o ar mais frio da atmosfera, por ser mais denso, desce para a superfície. Com este ciclo, observamos a manutenção da temperatura e da umidade esperadas, além de haver a dispersão da poluição.
Em cidades grandes e muito poluídas, como Tóquio, São Paulo e Londres, entre outras, observamos que a camada de ar frio fica por baixo da camada de ar quente, de forma que a convecção não acontece. Isto faz com que a poluição, que antes seria dispersada, forme uma camada horizontal na atmosfera, concentrando toxinas e dificultando ainda mais o ciclo natural. Esta camada pode ser chamada de “smog”.
A diferença entre as densidades pode ser explicada pela agitação molecular. Quando a temperatura do gás (no caso, a mistura de gases que é o ar) aumenta, sob condições iguais de pressão e volume, o espaço entre as moléculas também aumenta, uma vez que as forças intermoleculares diminuem e o movimento se torna mais livre, permitindo que a massa do gás diminua.
Nas mesmas condições de pressão e volume, em uma temperatura mais baixa, as forças intermoleculares são maiores de forma que, mesmo que haja uma grande agitação molecular, as moléculas se relacionam entre si de forma mais forte do que em temperaturas mais altas. Isto faz com que o gás se torne mais denso e, portanto, fique mais próximo da superfície.
A inversão térmica pode acontecer naturalmente em dias de temperaturas baixas, nos quais a temperatura do ar próximo a superfície esfria muito rapidamente, tornando-se mais fria do que a camada superior a si. O maior problema deste fenômeno é a camada de poluição que se forma e não se dispersa, e que pode causar sérios problemas de saúde.
Consequências
A camada de poluentes formada gera problemas tanto ao meio ambiente como à população. Os mesmos poluentes que são retidos ali fazem parte de processos como o efeito estufa e a chuva ácida.
Com a inversão das correntes, a umidade relativa do ar diminui sensivelmente, causando problemas respiratórios sérios, principalmente para crianças, idosos e pessoas com quadros de asma e bronquite, inclusive havendo casos de morte em decorrência de problemas respiratórios causados pela poluição.
Além das consequências imediatas, pessoas que têm contato prolongado com a poluição costumam ter problemas cardiovasculares, além de desenvolverem problemas respiratórios (como a asma e a bronquite, já citadas, e enfisema, nos casos mais sérios).
Deve-se lembrar de que isto acaba se tornando um problema para a economia, inclusive, uma vez que os países têm um gasto maior com os sistemas públicos de saúde para tratar os afetados.
Os poluentes
Os principais poluentes químicos associados ao fenômeno de inversão térmica são os derivados do petróleo, ou seja, os combustíveis fósseis. Estes são compostos carbônicos muito usados em indústrias e como combustíveis, como o caso do carvão mineral e a gasolina, e liberam óxidos de carbono ao serem queimados. 
No caso da gasolina, o combustível mais usado e com grande responsabilidade na poluição atual, observa-se que a reação completa de sua combustão seria a seguinte:
C8H18 + 12,5 O2 + 47,0 N2 → 8 CO2 + 9 H2O + 47,0 N2
Porém, ela não acontece de forma completa nos carros. Quão mais velho e quanto menos manutenção eles recebem, a combustão do combustível se torna mais e mais incompleta, de forma a aumentar o número de poluentes emitidos. No caso da combustão incompleta, formam-se óxidos de carbono que são altamente poluentes.
Além destes óxidos, os combustíveis podem liberar enxofre (S), que, ao reagir com o ar, forma SO2 e H2S. Estes compostos são responsáveis por vários danos ambientais, não só sendo presentes na inversão térmica, como na chuva ácida. 
Não obstante, também há a formação de óxidos de nitrogênio, hidrocarbonetos, aldeídos e particulados, além da fuligem.
C8H18(g) + 17/2 O2 (g) → 8 CO (g) + 9 H2O(l)
Os óxidos de enxofre (SO2) são emitidos principalmente através da combustão de carvão (nas indústrias) e da gasolina e outros compostos de petróleo. Tendo em mente que a camada de poluição só começa a se dissipar com a chuva, os gases com enxofre só saem da atmosfera através da mesma, gerando a chuva ácida.
S(s) + O2(g) → SO2(g)
Os óxidos de nitrogênio (NO, NO2), também emitidos pela queima dos combustíveis, são fortes oxidantes e, junto aos óxidos de enxofre, fazem parte da chuva ácida ao serem dissolvidos pela chuva. Também representa papel importante na formação do smog fotoquímico.
N2 (g) + O2 (g) → 2 NO (g) (em altas temperaturas)
2CO(g) + 2 NO(g)     2CO2(g) + N2(g)
2CO(g) + O2(g)     2CO2(g)
Além destes, a principal preocupação relativa à queima de combustíveis costuma ser a emissão de monóxido de carbono (CO). Ele é emitido pelo trânsito, em sua maioria, mas também por processos industriais e em queimadas, muito comuns no interior. Se emitido em uma região com quantidade razoável de O2, logo é oxidado a CO2. 
CO + ½ O2 → CO2
Porém, como seu uso é principalmente em cidades, não existe quantidade suficiente de árvores e áreas verdes para que esta reação seja feita na proporção correta. Além de ser tóxico para humanos em grande quantidade, sua emissão está relacionada com o efeito estufa.