TC2_UNIDADE 2 - ATMOSFERA.pdf

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO DE JANEIRO 
CENTRO DE CIÊNCIAS MATEMÁTICAS E DA NATUREZA 
INSTITUTO DE GEOCIÊNCIAS 
DEPARTAMENTO DE METEOROLOGIA 
 
Disciplina: POLUIÇÃO DO AR (IGT603) 
Professor Responsável: Luiz Francisco Pires Guimarães Maia 
(luizmaia@acd.ufrj.br) 
 
Texto Complementar 
UNIDADE 2 - ATMOSFERA 
 
1. A Atmosfera 
A troposfera é a camada de origem para praticamente todas as mudanças 
climáticas, sendo uma região de intensa movimentação dos componentes gasosos 
e está em constante contato com os seres vivos. É nela que ocorrem os fenômenos 
relacionados com a poluição do ar. 
A estratosfera também é uma camada de 
interesse de cientistas de Poluição do Ar por 
causa do transporte global de poluição, 
restos de testes acima do solo com bomba 
atômica, e erupções vulcânicas que expelem 
cinzas nesta região e também pelo fato de 
que a absorção e espalhamento da luz solar 
ocorrem nesta camada. A parte baixa dessa 
camada contém a camada de ozônio 
estratosférico que absorve a radiação solar 
ultravioleta nociva. Cientistas de mudanças 
globais estão interessados nas modificações 
dessa camada pela acumulação de longa exposição por clorofluorcarbonos (CFC) e 
outros gases lançados da superfície ou por aeronaves de altas altitudes. 
Sua composição pode ser expressa, resumidamente, da seguinte forma: 
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2. Ar não poluído 
Ar não poluído é um conceito, isto é, qual seria a composição do ar se humanos 
e seus empregos no existissem na Terra. Nós nunca saberemos com precisão a 
composição do ar não poluído, pois quando surgiu esse desejo os humanos já 
haviam poluído o ar por milhares de anos. Agora nem mesmo nos mais remotos 
locais dos oceanos, nos pólos, nos desertos e montanhas, o ar passa a ser melhor 
descrito como ar de poluição diluída. 
A atmosfera real é mais do que uma mistura de gases permanentes. Tem outros 
componentes como vapor d'água, líquidos orgânicos e material particulado em 
suspensão. 
O ar é dito poluído quando ele contém uma ou mais substâncias em 
concentrações suficientes para causar danos à biota e a materiais. Essas 
concentrações dependem do clima, da topografia, da densidade populacional e do 
tipo de atividades industriais locais. 
 
3. Principais fontes de poluição atmosférica 
As fontes emissoras se classificam como naturais e antropogênicas (fixas e 
móveis). Fontes naturais compreendem as erupções vulcânicas, decomposição 
anaeróbica de matéria orgânica, pólen, entre outros. As fontes antropogênicas são 
dividias em fixas e móveis, onde as fontes móveis são emissões provenientes de 
fontes em movimento e compreendem os veículos automotores juntamente com os 
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trens, aviões e embarcações marítimas. Fontes fixas são assim denominadas as 
emissões lançadas à atmosfera por um ponto específico, fixo, como uma chaminé, 
por exemplo. 
 
4. Poluentes Atmosféricos 
Poluentes atmosféricos são gases e partículas sólidas (poeiras, pós e fumos) 
resultantes das atividades humanas e de fenômenos naturais dispersos no ar 
atmosférico. Desta forma, classificam-se nessa categoria, os gases e partículas 
expelidos por veículos e indústrias e também aqueles oriundos da degradação da 
matéria orgânica, vulcanismos e outros fenômenos naturais. Incluem-se nesta lista 
as substâncias formadas pela reação de certos poluentes com a radiação advinda 
do sol. 
Os poluentes são classificados de duas maneiras: 
 Poluentes Primários: são os contaminantes diretamente emitidos pelas 
fontes para o ambiente, como no caso dos gases dos automóveis (monóxido 
de carbono, fuligem, óxidos de nitrogênio, óxidos de enxofre, 
hidrocarbonetos, aldeídos e outros). 
 Poluentes Secundários: resultam de reações dos poluentes primários com 
substâncias presentes na camada baixa da atmosfera e frações da radiação 
solar, como, por exemplo, a decomposição de óxidos de nitrogênio pela 
radiação ultravioleta oriunda do sol na formação de ozônio e nitratos de 
peroxiacetila. 
 
Dióxido de Enxofre (SO2) - é um gás tóxico e incolor, pode ser emitido por fontes 
naturais ou por fontes antropogênicas e pode reagir com outros compostos na 
atmosfera, formando material particulado de diâmetro reduzido. 
Fontes - fontes naturais, como vulcões, contribuem para o aumento das 
concentrações de SO2 no ambiente, porém na maior parte das áreas urbanas as 
atividades humanas são as principais fontes emissoras. A emissão antropogênica é 
causada pela queima de combustíveis fósseis que contenham enxofre em sua 
composição. As atividades de geração de energia, uso veicular e aquecimento 
doméstico são as que apresentam emissões mais significativas. 
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Efeitos - entre os efeitos a saúde, podem ser citados o agravamento dos sintomas 
da asma e aumento de internações hospitalares, decorrentes de problemas 
respiratórios. São precursores da formação de material particulado secundário. No 
ambiente, podem reagir com a água na atmosfera formando chuva ácida. 
 
Dióxido de Nitrogênio (NO2) - é um gás poluente com ação altamente oxidante, 
sua presença na atmosfera é fator chave na formação do ozônio troposférico. Além 
de efeitos sobre a saúde humana apresenta também efeitos sobre as mudanças 
climáticas globais. 
Fontes - as fontes podem ser naturais (vulcanismos, ações bacterianas, descargas 
elétricas) e antropogênicas (processos de combustão em fontes móveis e fixas). As 
emissões naturais são em maior escala que as antropogênicas, porém, em razão de 
sua distribuição sobre o globo terrestre, tem menor impacto sobre as concentrações 
deste poluente nos centros urbanos. 
Efeitos - altas concentrações podem levar ao aumento de internações hospitalares, 
decorrente de problemas respiratórios, problemas pulmonares e agravamento à 
resposta das pessoas sensíveis a alérgenos. No ambiente pode levar a formação 
de smog fotoquímico e a chuvas ácidas. 
 
Material Particulado (MP) - é uma mistura complexa de sólidos com diâmetro 
reduzido, cujos componentes apresentam características físicas e químicas 
diversas. Em geral o material particulado é classificado de acordo com o diâmetro 
das partículas, devido à relação existente entre diâmetro e possibilidade de 
penetração no trato respiratório. 
Fontes - as fontes principais de material particulado são a queima de combustíveis 
fósseis, queima de biomassa vegetal, emissões de amônia na agricultura e 
emissões decorrentes de obras e pavimentação de vias. 
Efeitos - estudos indicam que os efeitos do material particulado sobre a saúde 
incluem: câncer respiratório, arteriosclerose, inflamação de pulmão, agravamento de 
sintomas de asma, aumento de internações hospitalares e podem levar à morte. 
 
Monóxido de Carbono (CO) - é um gás inodoro e incolor, formado no processo de 
queima de combustíveis. 
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Fontes - é emitido nos processos de combustão que ocorrem em condições não 
ideais, em que não há oxigênio suficiente para realizar a queima completa do 
combustível. A maior parte das emissões em áreas urbanas são decorrentes dos 
veículos automotores. 
Efeitos - este gás tem alta afinidade com a hemoglobina no sangue, substituindo o 
oxigênio e reduzindo a alimentação deste ao cérebro, coração e para o resto do 
corpo, durante o processo de respiração. Em baixa concentração causa fadiga e dor 
no peito, em alta concentração pode levar a asfixia e morte. 
 
Ozônio (O3) – é um poluente secundário, ou seja, não é emitido diretamente, mas 
formado a partir de outros poluentes atmosféricos, e é altamente oxidante na 
troposfera (camada inferior da atmosfera). O ozônio é encontrado naturalmente na 
estratosfera (camada situada entre 15 e 50 kmde altitude), onde tem a função 
positiva de absorver radiação solar, impedindo que grande parte dos raios 
ultravioletas chegue à superfície terrestre. 
Fontes - a formação do ozônio troposférico ocorre através de reações químicas 
complexas que acontecem entre o dióxido de nitrogênio e compostos orgânicos 
voláteis, na presença de radiação solar. Estes poluentes são emitidos 
principalmente na queima de combustíveis fósseis, volatilização de combustíveis, 
criação de animais e na agricultura. 
Efeitos - entre os efeitos à saúde estão o agravamento dos sintomas de asma, de 
deficiência respiratória, bem como de outras doenças pulmonares (enfisemas, 
bronquites, etc.) e cardiovasculares (arteriosclerose). Longo tempo de exposição 
pode ocasionar redução na capacidade pulmonar, desenvolvimento de asma e 
redução na expectativa de vida. 
 
5. Granulometria das partículas 
Os poluentes podem ser divididos em partículas finas e grossas. As partículas 
finas são formadas predominantemente por reações químicas, como a partir da 
queima de combustíveis fósseis. Consistem principalmente de compostos de 
enxofre e nitrogênio, onde os compostos de S originam-se do SO2 oriundo, por 
exemplo, de termelétricas e fundições, e os compostos de N resultam da oxidação 
de gases nitrogenados (NH3, NO, NO2,...); são partículas predominantemente de 
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fuligem/poeira, sulfatos e aerossois de nitrato. Já as partículas grossas como pólen, 
cinzas vulcânicas e sal marinho, são caracterizadas por ser de origem natural. 
 
6. Conceitos 
Os lugares dos quais os poluentes emanam são chamados fontes. Existem 
fontes naturais bem como as fontes antropogênicas dos gases permanentes 
considerados poluentes. Estes incluem a respiração de plantas e animais e a 
decadência do que era matéria viva. Vulcões e incêndios florestais naturalmente 
causados são outras fontes naturais. Os locais onde os poluentes desaparecem do 
ar são chamados de sumidouros. Os sumidouros incluem o solo, a vegetação, as 
estruturas e os corpos de água, particularmente os oceanos. Os mecanismos pelos 
quais os poluentes são removidos da atmosfera são chamados de mecanismos de 
limpeza (scavenging mechanisms) e a medida usada para o envelhecimento de um 
poluente é sua meia vida (half-life) - o tempo que leva para metade da quantidade 
de poluente que emana de uma fonte desapareça em seus vários sumidouros. 
Um receptor é algo que é afetado adversamente pelo ar poluído. Um receptor 
pode ser uma pessoa ou animal que respire o ar e cuja saúde possa ser afetada 
negativamente, ou cujos olhos possam estar irritados ou pele esteja suja. Pode ser 
uma árvore ou planta que morre, ou cujo rendimento ou aparência de crescimento é 
adversamente afetado. Pode ser algum material como papel, couro, tecido, metal, 
pedra ou tinta que é afetado. Algumas propriedades da própria atmosfera, como sua 
capacidade de transmitir energia radiante, podem ser afetadas. A vida aquática em 
lagos e em alguns solos é afetada adversamente pela acidificação através da 
deposição ácida. 
Transporte é o mecanismo que move a poluição da fonte ao receptor. O efluente 
fluirá diretamente da fonte para o receptor quando o vento estiver ao longo da linha 
que os liga. O vento é o meio pelo qual a poluição é transportada da fonte para o 
receptor. No entanto, durante o seu trânsito entre a fonte e o receptor, a pluma não 
permanece num tubo cilíndrico de poluição do mesmo diâmetro que o interior de 
onde foi emitida. Em vez disso, à medida que se desloca, turbilhões no ar e na 
pluma movem as parcelas das bordas da pluma para o ar circundante e movem 
parcelas de ar circundante para a pluma. Se a velocidade do vento for maior que a 
velocidade de ejeção, o vento esticará a pluma até que a velocidade da pluma seja 
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igual à velocidade do vento. Estes dois processos, mistura por turbulência e 
estiramento, e mais um terceiro, meandro (o que significa que a pluma pode não 
seguir uma linha reta entre a fonte e o receptor), tendem a fazer com que a 
concentração inicial da pluma seja menor do que quando chega ao receptor. A 
soma de todos esses processos é chamada de difusão. 
 
 
 
Transporte e dispersão da fonte ao receptor 
 
Se a pluma que está sendo transportada estiver acima da altura dos processos 
convectivos e turbulentos, ela poderá viajar por centenas de kilômetros nessa altura 
antes de ser trazida para a terra. Isso é conhecido como transporte de longo 
alcance ou de longa distância.