TEMA 4 EFEITO ESTUFA

Prévia do material em texto

TEMA 4 – EFEITO ESTUFA 
 
Como visto anteriormente, a radiação de alta energia procedente do sol é absorvida nas 
camadas altas da atmosfera, de maneira que a radiação que chega à superfície da Terra é 
UVA, VIS e IR (λ ≥ 330 nm). 
Pela sua vez, a Terra absorve uma parte desta radiação para aquecer a superfície e emite 
outra parte na forma de rad. na faixa do IR térmico (IR que emite calor, λ: 4-50 µm). 
Este calor seria dissipado no espaço se não fosse pelos gases de nossa atmosfera, 
principalmente H2O e CO2. Estes são chamados de gases estufa porque absorvem parte 
da rad. IR emitida pela Terra e a difundem em todas as direções, de maneira que uma 
parte da Rad. IR volta à superfície da Terra aquecendo-a. 
Os gases estufa possibilitam o desenvolvimento da vida no planeta, ao mesmo tempo 
em que são fruto dessa vida. 
 
Comparação entre a composição e a temperatura da atmosfera dos planetas. 
 
Mercúrio* Venus Terra 
sem vida Marte 
Terra 
atual 
CO2 (%) 3,6 98 98 95 0,03 
N2 (%) 5,2 1,9 1,9 2,7 79 
O2 (%) 5,6 Traço Traço 0,13 21 
Ar (%) 7,0 0,1 0,1 2 1 
Temp. Média 
Sup. (°C) 
169 477 290 ± 50 -53 13 
* A atmosfera de Mercúrio é muito tênue e contém potássio e sódio como elementos 
majoritários. 
 
A temperatura média em Mercúrio é menor que em Venus, apesar de o primeiro estar 
mais próximo do sol. A elevada concentração de CO2 na atmosfera de Venus deve 
contribuir a sua elevada temperatura média na superfície. 
Na Terra, as plantas consumem CO2 e liberam oxigênio na fotossíntese. O oxigênio 
possibilita a vida aeróbia, mas é muito oxidante, de modo que para fazer possível a vida, 
está diluído na atmosfera com nitrogênio (inerte). 
 
Fotossíntese: 6 CO2 + 6 H2O + hν → 6 C6H12O6 + 6 O2 (respiração organismos aeróbicos) 
 
A temp. média na superf. da Terra é de 13,5 °C porque existem na atmosfera o vapor de 
água e uma pequena concentração de dióxido de carbono, entre outros gases, que 
aquecem o planeta na justa medida. Com elevadas concentrações de CO2 (Terra sem 
vida) a temperatura seria muito alta dada a proximidade ao sol e com concentrações 
menores a temperatura seria muito baixa, pois a radiação IR emitida pela Terra 
escaparia para o espaço exterior. 
 
Como funcionam os gases estufa? 
Eles absorvem as radiações IR que permitem que suas ligações vibrem. Transformam 
luz IR em energia de vibração e quando as moléculas voltam ao estado fundamental 
(mínima energia) liberam a energia absorvida em todas as direções. 
 
 
 
O efeito dos gases da atmosfera é comparável ao de uma estufa, que deixa penetrar a 
rad. solar, mas não deixa o calor sair. 
 
 
Pattern of absorption bands created by greenhouse gases in the atmosphere and 
their effect on both solar radiation and upgoing thermal radiation. 
IR: λ = 0,8 - 100 µm 
IR térmico: 4 – 50 µm 
Janela de passagem livre de radiação para a atmosfera: λ = 8 - 13 µm. 
 
Condições para absorção de luz IR 
a) As moléculas devem possuir ligações covalentes; 
b) As ligações covalentes devem vibrar por efeito da radiação IR, ou seja, a energia da 
radiação IR deve coincidir com a energia de algum movimento de vibração da molécula. 
c) A vibração deve provocar uma mudança no momento dipolar da molécula (∆µ≠0).
Moléculas diatômicas homonucleares não absorvem radiação IR (µ=0). 
Portanto, O2 e N2 não apresentam efeito estufa. 
O monóxido de carbono (C≡O) absorve radiação IR, mas não é um gás 
estufa, porque não absorve radiação IR térmica, absorve radiação IR de maior 
energia dado que é necessária mais energia para fazer vibrar uma ligação 
tripla que uma dupla (caso do CO2: O=C=O). 
 
 
Modos de vibração do CO2. 
 
 
 
Espectro IR do Dióxido de Carbono. 
 
Na vibração de tensão simétrica do CO2 não é absorvida luz IR porque não existe 
variação no momento dipolar da molécula durante a vibração: 
←→ Soma vetorial = 0. 
 
 νas: 4,5 µm ; δip+oop: 15 µm 
 
Modos de vibração da molécula de água. 
 
 
Espectro IR da água. 
 
Influência do Vapor de Água 
É mais abundante que o CO2, a água é o gás de maior efeito estufa (responsável pelo 
80% do mesmo). Seu efeito é visível no fato de que a diferença de temp. entre o dia 
(iluminação solar + emissão IR da Terra + absorção/emissão de IR térmico pelo vapor 
de água) e a noite (emissão IR + absorção/emissão de IR térmico pelo vapor de água) é 
muito mais acusada em climas secos que em climas úmidos. Nos desertos faz muito 
calor durante o dia e muito frio à noite. A água é capaz de absorver muito calor com 
leves aumentos de sua temperatura, fato que modula o clima. 
A água absorve luz IR de λ < 8 µm e λ > 20 µm. 
 
Influência do Dióxido de Carbono 
É muito menos abundante que a água, embora sua distribuição seja mais uniforme, pelo 
que seu efeito sobre a temperatura tem em princípio menor importância. Seu efeito é 
visível no fato de que a diferença de temp. entre o dia e a noite é muito mais acusada no 
campo que nas cidades, dada a maior concentração de CO2 em estas pela combustão dos 
motores dos automóveis. 
O CO2 é muito estável e inerte, é a forma mais oxidada do carbono, pelo que seu tempo 
de residência na atmosfera é considerado de 50-200 anos. Sua forma de remoção da 
atmosfera é via fotossíntese pelas plantas: 
6CO2 + 6H2O + hν → C6H12O6 + 6O2 
Mesmo transformado em matéria orgânica, o CO2 voltará para a atmosfera (respiração, 
decomposição, queima da planta, etc.), de maneira que o único sumidouro definitivo 
para o CO2 é sua acumulação no fundo dos oceanos, aonde demora centenas de anos 
para chegar. 
O CO2 absorve luz IR de λ = 13-18 µm, ou seja, onde o vapor de água absorve pouco. 
Fontes: 
- Naturais: respiração de organismos aeróbios, atividade vulcânica; 
- Antrópicas: combustão de derivados do petróleo, combustão de carvão, desmatamento 
e queimadas de florestas. 
 Combustão: Queima de compostos a base de carbono em presença de oxigênio para dar CO2 e água. 
 
Influência do Metano 
É o terceiro gás em importância com respeito ao efeito estufa. Seu potencial de 
aquecimento por molécula de gás é 21 vezes maior que o do CO2, embora sua 
concentração na atmosfera seja muito pequena. 
Fontes: Campos de arroz, organismos anaeróbios, ruminantes, produção de petróleo. 
 
 
As vacas emitem uma grande quantidade de metano através do arroto, e uma menor 
quantidade através da flatulência. Especialistas dizem que, em média, uma vaca leiteira expele 
entre 100 e 500 litros de metano por dia. É uma quantidade alta, comparável à poluição 
produzida por um carro em um único dia. 
 
Intensificação do Efeito Estufa (Aquecimento Global) 
Com base no explicado acima deduz-se que o efeito estufa é necessário para a vida. O 
problema é que as emissões de CO2 estão aumentando enormemente devido à atividade 
humana, o que pode provocar um aumento da temperatura na superfície do planeta com 
efeitos desastrosos para a vida tal como a conhecemos. 
 
 
 
Os países mais poluentes são em geral os mais desenvolvidos: EE.UU., Rússia, China, 
(combustão de carvão), Japão, UE, Canadá e Austrália. 
O Brasil contribui ao aumento do CO2 atmosférico principalmente com as queimadas e 
o desmatamento. 
 
 
 
 
 
O desmatamento na Amazônia (foto) ocorre tanto por culpa do comércio ilegal de madeira, 
quanto pela necessidade de se abrir espaço à agricultura e à pecuária. Dados do Instituto 
Nacional de Pesquisas Espaciais (Inpe), baseados em levantamentos por satélite, indicam que 
a Amazônia já perdeu mais de 700 mil km² de floresta. 
 
 
De acordo com a Organização Meteorológica Mundial (World 
MeteorologicalOrganization – WMO), a concentração média global de CO2 na 
atmosferano ano de 2011 foi de 390,9±0,1 ppm, o que constitui cerca de 140% dos 
níveis Pré-Industriais. 
 
 
 
Evolução da concentração de CO2 
na atmosfera desde 1958 até 
2004. 
Evolução da temperatura na 
superfície do planeta desde 
1850 até 2000. 
 
Os detratores da teoria do aquecimento global por causa da intensificação do efeito 
estufa afirmam que o aquecimento global não acontecerá devido à emissão para a 
atmosfera de material particulado (fruto da poluição) e a que a maior evaporação de 
água (pela elevação das temperaturas) levará a um aumento de nuvens. Tanto as 
partículas quanto as nuvens refletem a luz solar, com o que chegaria menos radiação à 
superfície do planeta acarretando um resfriamento global. Porém, parece que as nuvens 
baixas refletem mais do que absorvem radiação (esfriam o planeta) e as altas o contrário 
(aquecem o planeta), de maneira que o efeito das nuvens não está claro dado que não se 
sabe onde serão formadas. 
Também existe a possibilidade de que as atuais e evidentes mudanças climáticas sejam 
derivadas das correntes oceânicas “El Niño” e “La Niña”. 
A atividade solar (fenômeno cíclico) deve também ser considerada. 
 
Conseqüências Potenciais do Aquecimento Global 
- Aumento da temperatura. Previsão: em 2035 a temp. média do ar será 1°C mais alta 
que em 1990. Até 2100 aumentará 3°C no total. 
- Mudanças climáticas globais: Aumento global da quantidade de chuvas devido à 
maior evaporação da água. Porém, as áreas secas se tornarão mais secas e nas mais 
úmidas haverá inundações e distúrbios climáticos intensos. 
- Degelo das geleiras e gelos polares. 
- Aumento do nível do mar. Conseqüência da expansão térmica da água e da fusão das 
geleiras. Previsão: 50-88 cm em 2100. Pequenas ilhas e Atóis, zonas de Bangladesh, 
Paises Baixos, Flórida, etc. ficarão em baixo das águas. 
- Alteração das correntes oceânicas. Elas levam águas aquecidas desde os trópicos até 
o Atlântico Norte, aquecendo Europa e a costa Leste de América do Norte. 
- Branqueamento dos recifes de coral. 
- Deslocamento das estações. Ondas de calor extremo no verão, que afetará a pessoas 
com doenças respiratórias e cardíacas, bem como a idosos e crianças. 
- Alterações na produção agrícola fruto das mudanças climáticas. 
- Aumento e expansão da presença de insetos portadores de doenças (malária, 
dengue, febre amarela, etc.). 
- Risco de extinção de ursos polares e outros animais porque seu habitat desaparecerá. 
 
 
GLACIAR MUIR (ALASKA) 
21 de septiembre de 1941(izquierda) - 14 de septiembre de 2004 (derecha) 
 
 
Level trends computed from altimetry, from January 1993 to 2005. Regional variations were sometimes 
more than ten times the average (West Pacific, Indian Ocean), whereas in other regions sea level 
actually decreased. 
(Credits Legos/CNRS, France) 
 
 
Like many atolls in the Pacific, Aitutaki in the Cook Islands rises only a few meters above sea level. 
Several island nations, such as Tuvalu in the Pacific Ocean and the Maldives in the Indian Ocean, are 
composed entirely of low-lying islands and atolls. Photo courtesy Laurie J. Schmidt, NASA 
 
Maldivas se hunde 
 
 
A população das ilhas Carteret (foto), em Papua Nova Guiné, foi obrigada a abandoná-las em 
2005, devido ao aumento do nível do mar pelo aquecimento global, transformando-se num dos 
primeiros grupos contemporâneos de refugiados ambientais. Estima-se que, até 2015, as ilhas 
estarão completamente submersas 
 
 
 
How Europe's coastline would be reshaped if all continental ice melted (sea level would rise 
80 metres) 
(Credits CNRS) 
 
 
BRANQUEAMENTO DOS CORAIS 
 
Coral Madracis decactis 
Uma associação extremamente importante para os recifes-de-coral é a simbiose que ocorre entre as espécies de corais e microalgas 
conhecidas como zooxantelas. Essas algas vivem no interior dos tecidos dos corais construtores dos recifes, realizando fotossíntese e 
liberando para os corais compostos orgânicos nutritivos. Por sua vez, as zooxantelas sobrevivem e crescem utilizando os produtos 
gerados pelo metabolismo do coral, como gás carbônico, compostos nitrogenados e fósforo. As necessidades nutricionais dos corais 
são em grande parte supridas pelas zooxantelas. Elas estão também envolvidas na secreção de cálcio e formação do esqueleto do 
coral. Apesar de espécies de corais serem encontradas praticamente em todos os oceanos e latitudes, as espécies construtoras de 
recifes (corais hermatípicos) estão restritas às regiões tropicais e subtropicais. Os recifes necessitam, geralmente, de águas quentes (25 
- 30oC) e claras, longe da influência de água doce. A poluição (esgoto doméstico, vazamento de petróleo, etc.) e sedimentação 
(sedimentos terrígenos levados para o mar devido ao desmatamento e movimentações de terra) põem em risco muitos recifes de corais, 
incluindo os inúmeros outros organismos que deles dependem (inclusive comunidades humanas que vivem da pesca e coleta de 
animais marinhos recifais). 
Um fenômeno aparentemente recente - não ainda totalmente compreendido pelos pesquisadores - que tem ocorrido em todas as 
regiões recifais do globo de forma maciça é o branqueamento (do inglês ‘bleaching’). Trata-se basicamente da ‘perda’ dos organismos 
fotossimbiontes (zooxantelas) presentes nos tecidos do coral (zooxantelas ocorrem também em outros cnidários, como anêmonas-do-
mar, zooantídeos, medusas , e em outros invertebrados, como ascídias, esponjas, moluscos, etc., que também podem branquear). 
Como a cor da maioria dos hospedeiros advém, em grande parte, da ‘alga’ simbionte, seus tecidos tornam-se pálidos ou brancos. Nos 
corais, os tecidos ficam praticamente transparentes, revelando o esqueleto branco subjacente. 
Geralmente, os tecidos de colônias branqueadas estão vivos e intactos. Entretanto, a ausência das ‘algas’ simbiontes implica em 1) 
‘jejum’ compulsório ao hospedeiro, uma vez que as algas simbiontes suprem a maior parte das necessidades nutricionais do hospedeiro 
(até mais de 60% do carbono fixado na fotossíntese pode ser translocado da alga para o hospedeiro na forma de glicerol), e 2) 
diminuição das taxas de calcificação. Portanto, as partes moles e o esqueleto de um coral branqueado não crescem, e a colônia fica 
mais vulnerável a outros possíveis estresses, como poluição, sedimentação excessiva, colonização por macroalgas do esqueleto 
eventualmente exposto, etc. Apesar de tudo, as colônias branqueadas podem recuperar completamente, em poucos dias ou até mais de 
um ano, a coloração, dependendo da espécie e do grau de branqueamento. Do mesmo modo, dependendo da espécie, intensidade e 
duração do estresse, a morte de parte, ou de toda, colônia pode ocorrer logo em seguida ao inicio do branqueamento, ou mesmo algum 
tempo depois (semanas ou meses). Nestes casos, o esqueleto será rapidamente recoberto por algas e animais sésseis, perdendo a cor 
branca. 
Há uma diversidade relativamente grande de organismos endossimbiontes fotossintetisantes (Dinoflagellata, Chlorophyta, 
cianobactérias, Bacillariophyaceae, Crysophyta) encontrados em associação com invertebrados marinhos (esponjas, medusas, 
anêmonas, corais, hidrozoários, moluscos, turbelários, ascídias, etc.). As ‘algas’, cuja densidade em corais chega a 106/cm2, provêem 
carbono para o metabolismo, o crescimento e a reprodução, reciclando eficientemente, também, os excretas (nitrogênio, fósforo) do 
hospedeiro. Corais hermatípicos depositam carbonato de cálcio mais rapidamente que os ahermatípicos, porque as algas criam um 
ambiente químico propício à cristalização e precipitação. 
 
Palythoa caribaeorum (zooantídeo) branqueado 
(note a parte não branqueada, de cor marrom, à direita) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Protocolo de Kioto 
Acordo internacional estabelecido em 1997. Entrada em vigor em fevereiro de 2005. 
Propõe reduziras emissões de gases estufa dos paises industrializados e garantir um 
modelo de desenvolvimento limpo aos paises em desenvolvimento. 
Entre 2008 e 2012 os paises desenvolvidos deveriam ter diminuído suas emissões em 
5,2% em média em relação aos níveis de 1990. Os paises em desenvolvimento (Brasil 
entre eles) não têm que atingir metas específicas, embora devam informar sobre suas 
emissões. 
O Protocolo estabelece também o comércio de emissões e o ganho de créditos por 
atividades que diminuam a descarga de gases estufa (plantio de árvores, uso de energias 
limpas, etc). 
EE.UU. (o maior poluidor) retirou-se em 2001. 
As metas não puderam ser atingidas. 
Nos últimos anos, a China e a Índia também não pareciam dispostas a reduzir suas 
emissões de gases estufa. Porém, em 2015 foi firmado um acordo inicial entre USA e 
China para redução de suas emissões de gases de efeito estufa. 
Países desenvolvidos com maior consciência ambiental passam atualmente por uma 
grave crise econômica => menor disponibilidade financeira para estabelecimento de 
medidas visando a redução de emissões de gases estufa. 
 
Minimização das Emissões de CO2 
- Uso de menos combustíveis fósseis e menos carvão e de mais gás natural (metano), 
que gera menos CO2 para fornecer uma mesma quantidade de energia. Além disso, 
petróleo e carvão contêm enxofre como impureza, o qual gera SO2 na combustão (chuva 
ácida). 
- Remoção de CO2 dos gases de exaustão das usinas termoelétricas (via absorção ou 
adsorção reversíveis), evitando que seja liberado na atmosfera, para finalmente ser 
seqüestrado nas profundezas dos oceanos, em rochas porosas, em poços de petróleo 
exauridos, etc. 
- Estocagem do CO2 na forma de gelo seco (t< -79°C) como esferas de 400 m de 
diâmetro cobertas com lã de vidro como isolante. 
- Uso de hidrogênio ou eletricidade como fonte de energia dos automóveis. 
- Uso de biocombustíveis, os quais lançam para a atmosfera CO2 que já esteve na 
atmosfera e que será reconvertido em matéria orgânica fazendo parte do ciclo do 
carbono. 
- Aumento do fitoplâncton nos oceanos mediante adição de ferro (deficitário no 
hemisfério Sul), para aumentar a fotossíntese. 
- Plantação de florestas. 
- Uso de tecnologias eficientes (lâmpadas de baixo consumo, automóveis com maior 
eficiência energética). 
- Uso de energias alternativas limpas e/ou renováveis (energia solar, eólica, 
biocombustíveis, hidrogênio, energia nuclear). 
 
http://www1.folha.uol.com.br/ambiente/2014/04/1436488-mudanca-climatica-fara-
com-que-paises-inteiros-desaparecam.shtml
QUESTÕES EFEITO ESTUFA 
1. Deduza quais das seguintes moléculas absorvem luz infravermelha devido aos 
movimentos vibracionais internos: 
a) H2; b) CO; c) Cl2; d) O3; e) NaCl 
2. Calcule a energia absorvida por mol de dióxido de carbono quando este absorve 
luz infravermelha de λ 15,0 µm: expresse essa energia como percentagem da 
energia necessária para dissociar o CO2 em CO e O. Dados: ∆Hf CO2: -393,5 
Kj/mol; ∆Hf CO: -110,5 Kj/mol; ∆Hf O: +249,2 Kj/mol. 
3. Dióxido de carbono é liberado na atmosfera quando rochas de calcário são 
aquecidas para produzir cal viva usada na fabricação de cimento segundo a reação: 
CaCO3 (s) → CaO (s) + CO2 (g) 
Calcule, em toneladas métricas, a massa de CO2 liberada por tonelada métrica de 
calcário usado neste processo. Massas atômicas (g/mol): Ca: 40,0; C: 12,0; O:16,0 
4. A carga de CO2 na atmosfera cresce aproximadamente 3,2 GT por ano. Calcule o 
aumento anual de sua concentração na escala de ppm. Massa atmosfera: 5,1.1021g. 
5. Explique qual é o significado dos termos: vibração de estiramento (ou de tensão) 
de ligação simétrico (νs), vibração de estiramento (ou de tensão) de ligação 
antissimétrico (νa) e vibração de deformação angular (δ). 
6. O vapor de água é um gás indutor do efeito estufa? Se isto é verdadeiro, explique 
por que ele não está habitualmente presente nas listas de tais substâncias. 
7. Qual é o significado do termo “janela” quando aplicado para a emissão de 
radiação IR da superfície da Terra? Qual é a faixa de comprimentos de onda dessa 
janela? 
8. Por que N2 e O2 não absorvem radiação IR? Por que não consideramos o CO 
como um gás traço que poderia contribuir para intensificar o efeito estufa? 
9. Sabendo que o óxido nitroso (N2O) tem três vibrações que absorvem radiação IR, 
justifique se sua estrutura é NNO ou NON. 
10. Com base nos seguintes valores de entalpias de formação, determine que 
combustível, metano, carvão ou gasolina [(CH2)n], é menos poluente e mais 
eficiente para obtenção de energia. 
 CH4 CO2 H2O C (grafite) CH2 
∆Hf (Kj/mol) -74,9 -393,5 -285,8 0,0 -20,6