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1 FLG 0114 – Mudanças Climáticas Globais e Implicações Locais Disciplina Ministrada pelo Prof. Dr. Conti Aula de Ricardo Augusto Felicio Sistemas de Defesa da Atmosfera Terrestre – A Ozonosfera – 1 – Introdução O presente resumo de aula visa instruir os alunos de graduação em Geografia sobre a formação do ozônio da atmosfera (troposfera e estratosfera) bem como exemplificar os diversos processos de reação deste gás com moléculas naturais e antropogênicas. O estudo pretende formar uma opinião crítica e esclarecida sobre conceitos preservacionistas. As informações apresentadas baseiam-se nas incertezas da quantidade de dados e de resultados científicos e não nos relatórios duvidosos dos organismos internacionais e a especulação da mídia em geral. Para tanto, são abordados todos os mecanismos de defesa do planeta Terra, findando na ozonosfera, o último recurso natural de defesa. 2 – Defesas do Planeta Terra Quando abordamos um planeta pela óptica cósmica, notamos que a sua existência, por si só, pode ser considerada uma bênção. Longe de entrar em méritos espiritualistas e religiosos, mas levando em conta todo um caos existente no Universo. A complexa formação de um sistema planetário requer equilíbrio entre forças descomunais. Aliado a isto, temos a formação de uma estrela central (ou duas, formando um sistema binário, ou três, formando um ternário) que devem se acender pela fusão de seus átomos primordiais de Hidrogênio, quando as forças gravitacionais são imensas. Forma-se o gás nobre Hélio e libera-se colossal quantidade de energia e partículas ionizadas pelo espaço interplanetário (espaço compreendido dentro do sistema Solar). Esta é uma descrição muito simplória da formação de um sistema. Internamente, ainda existem os planetas. Cada um deles têm uma particularidade. Quando se observa bem de perto, as características de um, não se aplicam aos outros. O que nos mostra que a Natureza, como um todo, tem muitas facetas desconhecidas. Contudo, a vida na Terra existe e aqui mostraremos como ela é um desafio ao grande reino cósmico. Abordaremos, criteriosamente, os sistemas de defesa do planeta, os quais incluem a sua atmosfera. 2 Astronômicas: Dentro do próprio sistema Solar temos muitos corpos celestes de pequenas dimensões que vagam pelo espaço interplanetário. Suas origens são as mais diversas. A maior parte é composta de gases congelados com poeira. Outros são silicatados e ainda há os ferrosos. Estima-se que a maior parte destes surjam por restos de cometas, colisões de planetóides do sistema Solar original e outros do cinturão de cometas da borda do nosso sistema, conhecido por Cinturão de Oort. Denominamos estes corpúsculos celestes de Meteoróides. Defesa: A maior parte dos meteoróides é afastada do sistema Solar interior devido aos planetas gigantes que habitam o sistema Solar exterior. A principal barreira de proteção é exercida por Júpiter que tem cerca de 1000 vezes o volume da Terra. A gravidade destes “irmãos mais velhos” é tamanha que cerca de 99,99% dos meteoróides caem nestes planetas ou são desviados de suas rotas com destino ao centro do sistema (Fig.1). Núcleo do Planeta: Pela colossal quantidade de ferro e níquel e pelo giro veloz do movimento de rotação que o planeta Terra possui, forma-se naturalmente, um imenso campo magnético como uma espécie de bobina. A força do campo é tamanha que suas espiras magnéticas atingem a marca de mais de 65.000km de distância (mais de 10 vezes o raio da Terra). Este escudo recebe o nome de Magnetosfera (Fig.2). Defesa: primeira linha de defesa do material particulado de alta energia emitido pelo Sol (prótons e elétrons) extremamente nocivo. Esta “chuva” de particulados recebe o nome de Vento Solar e é barrada ao atingir a magnetosfera. Pouquíssimo consegue passar, pois a maior parte colide, sendo ricocheteada. Outra parte é desviada e segue o campo magnético. A convergência do campo ocorre sobre os pólos geográficos. A incidência deste material na atmosfera (principalmente na alta e média) forma os eletrometeoros conhecidos por Auroras (Boreal, no Norte e Austral, no Sul). Cinturões Radioativos: Compostos por particulados e átomos radioativos (a maior parte de prótons, mas há elétrons também) que foram aprisionados pelo campo magnético atuante da magnetosfera, porém, estão bem mais próximos da Terra. Os mais famosos são os cinturões de Van Allen (que atuam de 10.000 a 58.000km) e, o mais recente, descoberto pelo mesmo cientista, durante o Ano Geofísico Internacional – IGY, em 1958, que atua entre 400 a 1.300km. Estes cinturões são naturais, contudo, a humanidade já “implantou” seus próprios cinturões artificiais, pelas detonações de artefatos termonucleares na atmosfera, ocorridos até a década de 1980 e alguns científicos, na alta atmosfera (1958, IGY até 1962, Fig.3). 3 Defesa: atuam como uma segunda linha de defesa eletrônica ao material particulado de alta energia emitido pelo Sol. O que tem muita energia, ficou barrado da magnetosfera. As partículas de menor energia que passaram serão bloqueadas nos cinturões radioativos, tanto os naturais como os artificiais. Desta maneira, a atuação da magnetosfera e cinturões radioativos em conjunto fazem uma defesa seletiva das partículas energéticas que rumam em direção a Terra (Fig.4). Atmosfera: Partindo da superfície do planeta e atingindo cerca de 400km de altitude, a atmosfera da Terra exerce proteção física e eletromagnética. Cada camada da atmosfera possui interação característica, ora com material particulado radioativo, ora pela interação da radiação incidente. Ela, como um todo, exerce proteção por atrito dinâmico contra um corpo invasor. Defesas no aspecto físico: levamos em conta a atuação sobre os meteoróides que porventura, conseguiram penetrar no sistema Solar interior e que por sua vez estão em rota de colisão com a Terra. A defesa ocorrerá por atrito dinâmico, o meteoróide passará para a categoria de meteoro e será queimado durante a entrada. A composição do meteoro é de suma importância para seu tempo de vida na atmosfera. Se a maior parte for de gelo, este será sublimado na entrada. O risco potencial de impacto é baixo, desde que seu raio não ultrapasse +/-500m (se forem maiores, normalmente se partem). Os meteoros silicatados e ferrosos são preocupantes, pois a queima é lenta e sobrevivem bem a entrada. Meteoros deste tipo, com +/-200m de raio são potencialmente perigosos. Defesas biológicas: possível vida extraterrestre microbiana que porventura viajasse em um meteoróide seria extinta na entrada, devido ao calor gerado na queima. Isto exerceria uma proteção contra uma suposta “contaminação” hipotética ao sistema biológico da Terra. Defesas contra radioatividade e de radiação eletromagnética: Cada camada da atmosfera exerce uma proteção seletiva. A ionosfera exerce proteção contra material particulado radioativo de menor intensidade que sobreviveu tanto à magnetosfera quanto aos cinturões radioativos. Também exerce proteção aos comprimentos de onda eletromagnéticos de alta energia como o Raio Gama e Raio X. Quando muito ionizada, reflete ondas eletromagnéticas de baixa energia (rádio) emitidos da superfície. Desta maneira, a ionosfera é a interface entre as defesas radioativas e eletromagnéticas. A partir dela, em direção a superfície, teremos a termosfera, mesosfera e estratosfera, todas também exercem proteção, mas esta será cada vez mais eletromagnética do que radioativa. Em suma, as camadas da alta atmosfera fazem a defesa seletiva das energias incidentes. Quanto mais alto for o nível de energia (da partícula ou do comprimento de onda), mais alta na atmosfera ela será inibida ou transformada (Fig.5). 4 Fig.1 - Planetas Gigantes: Fornecem a proteção astronômica contra os meteoróides que vagam pelo sistema Solar (o espaço interplanetário) pela atuação do seu grande campo gravitacional. Júpiter tem papel decisivoneste campo de defesa. Primeiro por ser o maior do sistema e segundo, por estar bem próximo da borda do sistema interior (quinto planeta). Fig.2 - Núcleo do Planeta: Composto de materiais ferrosos pesados e aliado ao rápido movimento de rotação, o planeta forma uma imensa bobina magnética. Surge a Magnetosfera como meio de defesa eletrônico. Este escudo protege a Terra da atuação do Vento Solar. Exerce também proteção para a atmosfera, pois inibe a ação de perda de massa para o espaço por causa das colisões com os particulados do vento solar. Fig.3 – Cinturões Radioativos: Descobertos por Van Allen, atuam nas faixas baixas de 400 a 1.300 km e nas altas de 10.000 a 58.000km. As explosões termonucleares na atmosfera livre (militares) e na atmosfera superior (científicas) formaram outros cinturões artificiais. Exercem defesa contra os particulados de alta energia provenientes do Sol que passaram pela magnetosfera. Fig.4 – Magnetosfera e Van Allen: Atuando em conjunto, a magnetosfera e os cinturões radioativos de Van Allen fazem a defesa seletiva dos particulados. Os de alta energia serão barrados ou defletidos pela magnetosfera. Os remanescentes de energia ligeiramente inferior que passarem, serão barrados nos cinturões radioativos. 5 Fig.5 – Partículas radioativas ou comprimentos de onda eletromagnéticos de alta energia são barrados nas camadas mais altas da atmosfera. Conforme os níveis energéticos diminuem, a interação ocorre nas camadas mais baixas. Esta é a ação seletiva de defesa da atmosfera. Para saber mais: Meteoróide: corpúsculo celeste que vaga pelo espaço interplanetário, menores que asteróides, sem rota definida. Caem cerca de 1 milhão deles na Terra por dia, a maior parte do tamanho de poeira. Júpiter defende bem o sistema Solar interior. A última grande defesa foi em 1994 quando o cometa Shulmaker se despedaçou ao se aproximar do planeta gigante; Meteoro: por definição clássica, corpo suspenso na atmosfera terrestre (nuvem, gota, avião, passarinho). Na definição moderna, acrescenta-se a expressão “que produzem fenômeno meteorológico”. Portanto, quando um meteoróide penetra na atmosfera, torna-se um meteoro (produz luminescência, por exemplo). O último registro de um grande meteoro que passou pela atmosfera e não caiu (portanto, não tornou-se meteorito) foi em 1978, no Canadá. A grande velocidade adquirida na sua entrada na atmosfera e o pequeno ângulo de incidência foram suficientes para que ele voltasse ao espaço; Meteorito: é o meteoro que sobreviveu à queima na atmosfera e atingiu a superfície. Enquanto estiver suspenso na atmosfera, ele é denominado meteoro. De cada dez, sete caem no mar. Dos três remanescentes, um será encontrado na Antártida. Um meteorito de 2km de raio é suficiente para extinguir a vida na Terra. Em simulações de modelos, se o mesmo caísse no oceano, conseguiria colocá-lo em órbita. Para saber mais: A radioatividade é diferente de radiação eletromagnética. Radioatividade é a energia irradiante, emitida por material que sofre decaimento de partícula. Normalmente o material emite partículas em forma de nêutrons e prótons, mas há elétrons também. Radiação é a energia em forma de onda eletromagnética, gerada por fótons (raio X, ultravioleta, luz visível, infravermelho etc.). Neste estudo, estamos interessados na última camada de defesa de todo esse complexo sistema: a Ozonosfera. Conforme vimos na Fig.5, o nível de energia determina a interação com a camada atmosférica. Como a radiação de comprimento de onda da freqüência do ultravioleta é a de menor energia (em relação às outras radiações extremamente nocivas como Gama e X), a sua interação será máxima na camada mais baixa de defesa, ou seja, na estratosfera. Então, a defesa máxima aos raios ultravioletas ocorrerá nesta camada. 3 – A Ozonosfera (“Camada de Ozônio”) Para descrever o surgimento da ozonosfera, precisamos relembrar alguns fatores importantes: Os constituintes atmosféricos, a distribuição dos valores de pressão atmosférica em relação à altitude e conceitos de físico-química: 6 3.1 Constituintes atmosféricos: A distribuição dos gases naturais na atmosfera permanece inalterável, pois sua variação é considerada mínima, seja qual for a amostra escolhida, em local ou altitude. Com isto, notamos que a atmosfera possui uma enorme quantidade de nitrogênio (78,00%), seguida de oxigênio (21,00%). O argônio, um dos gases nobres, é o terceiro majoritário dos constituintes (0,93%). Todos os outros gases são considerados traços (porque literalmente formam um traço em qualquer gráfico de síntese). Inclua nesta lista todos os outros gases nobres e o dióxido de carbono (CO2) que é representado por 0,033% do total (Fig.6 e 7). Fig.6 – Constituintes majoritários da atmosfera terrestre e suas porcentagens proporcionais. Fig.7 – Ampliação dos gases traços que permite obter a noção de proporção. Como vimos, o gás oxigênio, chamado também de oxigênio molecular, pois possui dois átomos de oxigênio em sua formação, é um dos constituintes majoritários. Ele será fundamental como matéria prima para a formação do gás ozônio (ou ozona), um estado transitório do oxigênio e que possui três átomos em sua formação (Fig.8). Oxigênio Atômico – O (altamente reativo) Oxigênio Molecular – O2 (estável) Ozônio – O3 (instável e altamente reativo) Fig.8 – Estados do Oxigênio: como gás, o oxigênio molecular, com formação par (O2) é estável, mas nas formações ímpares, apresentando-se na forma de oxigênio atômico (O) ou gás ozônio (O3) são altamente reativos, com tempo de vida curto. 7 3.2 Pressão atmosférica X Altitude: a troposfera responde por praticamente toda a massa da atmosfera, pois cerca de 90% desta está abaixo da altitude de 16km, simplesmente pela ação da força de gravidade (Fig.9). Logo em seguida temos a tropopausa e acima desta, a estratosfera. Nesta camada, a densidade do ar é baixa (a pressão atmosférica é um pouco maior que 50mb em 20km de altitude). Porém, mesmo com uma densidade tênue, temos massa atmosférica suficiente para que as interações com os comprimentos de onda curta eletromagnéticos provenientes do Sol possam ocorrer. Portanto, em toda a extensão da estratosfera ocorrem as interações da radiação ultravioleta. Como a densidade é maior na camada mais baixa da estratosfera, teremos como resultante a maior concentração do gás ozônio (Fig.10). Didaticamente, é exatamente nesta posição que situaremos a Ozonosfera, mas devemos sempre lembrar que ela não se limita abruptamente em uma certa altitude. Simplesmente vai se diluindo conforme subimos. Já no sentido oposto, observando-se para o lado de baixo da estratosfera, onde se situa a tropopausa, a queda na concentração é mais visível, tendo em vista que esta camada é caracterizada por uma forte isotermia. Esta propriedade atenua os movimentos verticais de mistura (Fig.11). Fig.9 – Distribuição de massa da atmosfera nas primeiras camadas. Cerca de 90% está inclusa na troposfera. Fig.10 – Perfil de temperatura nas camadas atmosféricas. A concentração de ozônio máximo ocorre na camada mais baixa da estratosfera (entre 20 e 30km de altitude). 8 Fig.11 – distribuição do ozônio na troposfera e estratosfera. Note que a alta concentração situa-se na baixa estratosfera. Quase a totalidade do ozônio está nesta camada. 3.3 Conceitos de físico-química: como vimos, o ozônio é um estado instável e transitório do gás oxigênio que, por sua vez, é estável. Então, para que o ozônio possa existir, há a necessidade de se provocar a instabilidade do oxigênio molecular (O2). Como todo processo de mudança, a geração de instabilidade requer energia (alguém tem que fazer o trabalho!). A única fonte natural disponível é a energia incidente de ondas curtas, provenientes do Sol, em forma de radiação ultravioleta e luz visível. Com a adição deste último elemento ao sistema, a instabilidade poderá ocorrer,portanto, as moléculas de gás oxigênio (O2) poderão ser quebradas para gerar átomos livres de oxigênio. Estes são essenciais para a formação do ozônio. Na química, os processos existentes para quebra de moléculas com fornecimento de energia são: pirólise (através do plasma do fogo), eletrólise (através da passagem de eletricidade) e fotólise (através da incidência de energia eletromagnética, ou seja, fótons). É exatamente este último processo, a fotólise, também chamado de fotodissociação, que ocorre na estratosfera para a formação do ozônio. Veremos detalhadamente as fases deste processo mais adiante. 4 – A Medição do Ozônio Dobson é o responsável pelo método de quantificar o ozônio presente na atmosfera. A idéia consiste em reduzir todo o gás contido em uma coluna atmosférica à pressão em superfície, com uma temperatura conhecida. Então, se todo o ozônio sobre uma certa área fosse comprimido para 1atm (1013,25mb) que é a Pressão Média ao Nível do Mar – PMNM, com uma temperatura de zero grau Celsius (0ºC), teríamos a formação de uma lâmina de 3mm de espessura, correspondendo a 300 Unidades Dobson – UD. Este é o valor médio do ozônio, usado como a primeira referência de normalidade (Fig.12). Quanto aos métodos de medição, eles podem ser ativos ou passivos, localizados em superfície ou embarcados em plataformas espaciais. É importante notar que quanto mais simples for o método de medição, menores serão as interações diretas que geram maiores probabilidades de erros. 9 Fig.12 – Conceituando a unidade de medida de concentração de ozônio formulada por Dobson e seu padrão de normalidade primário de 300UD. Medição Passiva da Superfície: É considerada a mais eficiente. Utiliza radiômetros especiais para a freqüência do espectro eletromagnético do ultravioleta B (UV B). A quantidade de radiação incidente fora da atmosfera é conhecida (teórica da constante solar). Quando se subtrai a radiação UV B medida pelo instrumento, pode-se avaliar quanto interagiu na ozonosfera. Com isto, sabe-se a quantidade de ozônio (Fig.13). Medição Passiva do Espaço: No espaço, a plataforma espacial sustenta o radiômetro UV B posicionado para baixo. Ele observa uma faixa de UV B refletida pela superfície, devido ao albedo teórico. A medida é muito mais complexa e exige auxílio de processamento de dados e outros comprimentos de onda (faixa azul do visível). O resultado final é o saldo do UV B que chegou ao radiômetro do satélite apontado para o Sol (ou o valor teórico obtido da constante solar) menos o valor obtido das interações na atmosfera pelo radiômetro UV B apontado para baixo (Fig.13). Medição Ativa da Superfície: É realizada por dispositivos ativos que iluminam o alvo e aguardam a resposta da interação com o mesmo. O aparelho que faz a medição ativa é chamado LIDAR. É semelhante ao processo do RADAR, porém utiliza ondas de luz ao invés de rádio para iluminar os alvos. As ondas normalmente são geradas por pulsadores LASER de UV. Tem suas limitações de uso, como por exemplo, interações diversas com outros gases, particulados e nebulosidade, o que exige processamento matemático extra (Fig.14). Medição Ativa do Espaço: A plataforma espacial sustenta outro dispositivo chamado sondador. Há uma complexidade do uso de diversos canais (as vezes, mais de 2700 canais) e de processamento matemático para se estimar os valores de UV B. 10 Fig.13 – Métodos de medição passiva do ozônio. Esquerda: Radiômetro UV B na superfície é o processo mais simples e eficiente. Direita: Satélite embarca um ou dois radiômetros UV B (se forem dois, um deles apontará para o Sol). A quantidade de interações requer mais processamento para obter valores estimados confiáveis de UV B. As setas vermelhas indicam a parcela de energia que interagiu e aqueceu a estratosfera. Fig.14 – Método de medição ativa do ozônio através de LIDAR. O dispositivo tem a vantagem de poder ser utilizado tanto de dia como de noite, pois ilumina os seus alvos. As interações com outros gases, particulados e até nebulosidade, presentes na atmosfera, inferem alguns problemas de medição que necessitam processamento matemático extra. 11 Para saber mais: Os dispositivos passivos são chamados sensores e necessitam de uma fonte externa que ilumine os alvos para que estes possam ser observados (nossos olhos, por exemplo). Os dispositivos ativos possuem suas próprias fontes de iluminação. Após emitir seus feixes, passam para o estado passivo e registram o que iluminaram (salvo aqueles que possuem os dois processos concomitantes). Note que a palavra iluminação está no seu sentido amplo e envolve qualquer forma de energia, como ondas mecânicas sonoras e não somente luz. Exemplos: RADAR – Radio Detection and Ranging (detecção e rastreamento por rádio), utiliza ondas eletromagnéticas na freqüência do rádio (1 a 3 metros de comprimento); SODAR – Sound Detection and Ranging (detecção e rastreamento por som), utiliza ondas sonoras mecânicas (freqüências de 20 a 30.000Hz ou mais e podem ser ouvidos por humanos – apelidados de arapongas); e LIDAR – Light Detection and Ranging (detecção e rastreamento por luz), utiliza ondas eletromagnéticas nas freqüências do Infravermelho até o raio X, normalmente pulsadores LASER – Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation (amplificação de luz por emissão estimulada de radiação). 5 – A Formação do Ozônio O ozônio é um gás que existe em estado puro e livre na atmosfera terrestre. O prefixo “ozo” vem do grego que significa com aroma ou cheiro forte e característico (em algumas definições de ozônio, ele é penetrante e desagradável). O ozônio está presente na troposfera, em baixíssima concentração (sendo aqui considerada poluente) e na estratosfera, em concentração elevada (com seus efeitos protetores benéficos). Ozônio na Troposfera: surge nos processos de queima de combustíveis em motores veiculares (álcool e gasool), processos industriais e pela interação do gás oxigênio (O2) com a fraquíssima radiação UV C remanescente (raro). Notamos o porquê deste gás ser considerado um poluente na troposfera. Além de tóxico para os seres vivos (reage com as mucosas) ele tem origem categoricamente antropogênica. Ozônio na Estratosfera: surge pela fotodissociação do gás oxigênio (O2) através da radiação ultravioleta C (UV C) altamente energética e nociva (dentro do espectro do ultravioleta). Concluímos então, que a formação do ozônio está ligada à existência do gás oxigênio (O2) na estratosfera e a incidência da radiação UV C sobre ele (Fig.15). Fig.15 – Espectro eletromagnético. O ultra- violeta C, o mais energético e nocivo, é o precursor da formação do ozônio, pois esta freqüência reage no gás oxigênio (O2), cau- sando sua fotodissociação. Com a quebra da molécula, surgem dois átomos de oxigênio, fundamentais para a formação do ozônio. 12 Observando o processo por partes, a uma altura suficientemente elevada, na estratosfera, os raios ultravioleta C do Sol são suficientemente intensos para fotodissociar (desmantelar) a molécula de gás oxigênio (O2) produzindo dois átomos de oxigênio atômico excitado, O, ou também conhecido por 1D (Fig.16). Por ser muito reativo, o oxigênio atômico (O) poderá reagir com qualquer outra molécula, mas como a quantidade de gás oxigênio é majoritária (lembre-se de que ele é um dos constituintes atmosféricos), a probabilidade de um encontro entre o oxigênio atômico e o molecular é grande. Quando isto ocorre, surge a molécula do ozônio (Fig.17). Contudo, o ozônio também sofrerá fotodissociação, mas desta vez com o UV B. É exatamente este o seu papel protetor. Logo que sofrer a incidência de ultravioleta B, a molécula é desmantelada, formando novamente oxigênio molecular (O2) e oxigênio atômico (O). O processo rapidamente recomeça (Fig.18). Fig.16 – Passo 1, surgimento do oxigênio atômico pela incidência de UV C sobre a molécula de gás oxigênio: O2 + gg = O + Osendo g, a radiação UV C. Fig.17 – Passo 2, surgimento do ozônio pelo encontro do oxigênio atômico reativo (gerado no passo 1) com uma molécula estável de gás oxigênio. Esta etapa é imediata e rápida: O2 + O = O3 Fig.18 – Passo 3, interação do ozônio com a incidência de UV B. Este é o processo de proteção que a molécula produz. Na interação, o ozônio é fotodissociado, libe- rando infravermelho termal (IV Ter) que aquece a estratosfera. No final, teremos gás oxigênio e oxigênio atômico, reiniciando o processo: O3 + gg = O + O2 sendo g, a radiação UV B. Em suma, este é o processo natural de formação da molécula de ozônio. Então, qual seria o problema com a camada de ozônio? O próximo capítulo aborda a hipótese de destruição antrópica. Vejamos com mais detalhes este problema. 13 6 – Hipótese Antrópica Vimos, anteriormente, que o ciclo de formação do ozônio é rápido e depende exatamente da presença do gás oxigênio (O2) e a incidência da radiação ultravioleta C (UV C). Levantemos agora os seguintes fatos: ¬ O ozônio é um gás de formação ímpar, altamente reativo; Seu tempo de vida é extremamente curto, pois irá reagir com quase todas as outras formações químicas que encontrar; ® Por ter essa propriedade reativa, não é a toa que o ozônio é utilizado como desinfetante bacteriológico/químico. Na hipótese antrópica, o ozônio tem diminuído por causa dos gases tipo CFC – Clorofluorcarbono, lançados pelos processos industriais. Estes gases CFC’s afetariam a permanência do ozônio, pois o cloro (Cl) de suas moléculas quebrariam seu ciclo de regeneração, ou simplesmente reduziriam a formação do ozônio, alterando a rápida interação entre o oxigênio atômico (O) e o oxigênio molecular (O2). Observemos o quadro abaixo (Fig.19): Fig.19 – Ciclo de formação do ozônio. Notamos que no passo 4 do ciclo, o ozônio possui dois “inimigos naturais”. O próprio ozônio, pois duas moléculas de O3 se cancelam mutuamente, formando três moléculas de O2, ou o encontro com um oxigênio atômico (O), formando duas moléculas de O2. A terceira reação seria com gases traços antrópicos, como o cloro (Cl) derivado de CFC, por exemplo. 14 Notamos na Fig.19 que o problema antrópico aparece nas supostas reações com gases do tipo CFC que liberam cloro atômico quando sofrem fotodissociação na estratosfera. Contudo, o processo é lento e as chances de um cloro livre achar uma molécula de ozônio são mínimas. Embora alguns estudos afirmem categoricamente que seu tempo de vida é longo, as chances da colisão são infinitamente pequenas. A pergunta é saber se os gases traços antropogênicos interferem mais no ciclo do ozônio do que os gases traços naturais. IMPORTANTE : Quase todas as moléculas que entrarem na estratosfera, naturais ou antropogênicas, estarão sujeitas os processo de fotodissociação causado pela incidência das radiações de alta energia (UV por exemplo). Ou seja, não é apenas o gás oxigênio e ozônio que sofrem esse processo. Água, dióxido de carbono, dióxido de nitrogênio etc. também sofrerão a fotodissociação e são fatores pouco explorados no ciclo do ozônio. 7 – Os CFC’s e os Fluidos Refrigerantes Até por volta de 1930, eram usados como fluidos refrigerantes principalmente a amônia (NH3), o butano (C4H10), o isobutano [HC(CH3)3], o propano (C3H8), o dióxido de enxofre (SO2) e o cloreto de metil (CH3Cl). Contudo, como são substâncias tóxicas e/ou explosivas, podendo colocar em risco a vida humana em caso de vazamento, foram abandonadas (exceto em algumas aplicações mais ou menos especializadas) e substituídas pelos clorofluorcarbonos (CFC’s). A amônia, em particular, sendo o fluido de maior efeito refrigerante, continua sendo utilizada em instalações de grande porte como fábricas de gelo, armazéns frigoríficos, equipamentos de refrigeração industrial e em pistas de patinação, onde conta o fator energético e onde podem ser implementados procedimentos de segurança. Além de equipamentos de refrigeração, os CFC’s passaram a ser usados em aparelhos condicionadores de ar, em borrifadores (sprays), na fabricação de espuma de poliestireno (isopor®) e em uma série de outros produtos. Os CFC’s são compostos orgânicos cujas moléculas contêm carbono e flúor e, em muitos casos, outros halogênios, principalmente o cloro, se apresentam no estado líquido ou gasoso a temperatura ambiente e são não tóxicos, incolores, sem cheiro, não inflamáveis e não corrosivos. Alguns dos CFC’s mais usados atualmente são: R11 – Freon 11® (CCl3F), R12 – Freon 12® (CCl2F2), R22 (CHClF2) e R502 (mistura de 48,8% de CHClF2 com 51,2% de C2ClF5). Desde a sua criação, os CFC’s foram liberados na atmosfera sem maiores preocupações porque eram considerados gases seguros e estáveis. O suposto dano na camada de ozônio causado pelos CFC’s foi descoberto no final da década de 1970. Então, acordos internacionais foram estabelecidos para eliminar progressivamente o uso desses produtos e foram desenvolvidos, para serem usados numa fase intermediária de transição, os hidroclorofluorcarbonos (HCFC’s), compostos à base 15 de hidrogênio, cloro, flúor e carbono, que supostamente danificam muito menos a camada de ozônio. Atualmente, são usadas como fluidos refrigerantes principalmente misturas binárias de CFC’s com HFC’s (hidrofluorcarbonos) ou com HCFC’s. Contudo, existem centenas de gases antropogênicos lançados na atmosfera e o CFC é apenas uma pequena parcela deles. Vejamos o processo de fotodissociação de uma molécula de Freon 12®, o dicloro-difluor-carbono (CCl2F2) que conseguiu atingir a estratosfera. Os raios ultravioleta do Sol conseguem quebrar a forte coesão desta grande molécula, mas liberam apenas um cloro atômico (Cl) e o restante forma cloro-difluor-carbono (CClF2), permanecendo na estratosfera (Fig.20). No passo seguinte, o cloro atômico livre encontra uma molécula de ozônio e reage com ela, formando monóxido de cloro (ClO) e gás oxigênio (Fig.21). Na etapa final, o monóxido de cloro necessita encontrar (difícil de acontecer) um oxigênio atômico para se estabilizar. Quando isto ocorrer, formar-se-á gás oxigênio e o cloro ficará livre novamente (Fig.22). Fig.20 – Passo 1, surgimento do cloro atômico pela incidência de UV sobre a molécula de dicloro-difluor-carbono: CCl2F2 + gg = CClF2 + Cl sendo g, a radiação UV. Fig.21 – Passo 2, a molécula de ozônio reage ao encontrar um cloro atômico reativo (gerado no passo 1). Esta etapa é lenta, no sentido de ser difícil de ocorrer. Do produto, forma-se monóxido de cloro e gás oxigênio: Cl + O3 = ClO + O2 Fig.22 – Passo 3, o monóxido de cloro só conseguirá liberar o cloro em forma atômica se porventura encontrar um oxigênio atômico. Se isto ocorrer, teremos a formação de gás oxigênio (molecular) e a liberação de cloro atômico (no box vermelho): ClO + O = Cl + O2 Há várias contestações do processo. A mais evidente é que as chances são mínimas de um cloro atômico livre achar um ozônio (estatisticamente, há cerca de 16 três moléculas de ozônio para cada litro de ar estratosférico). Em seguida, o monóxido de cloro precisa encontrar um oxigênio atômico livre, o que também é difícil de acontecer. Só assim, um cloro atômico voltaria a estratosfera para poder reagir novamente com outro ozônio. Em teoria, o passo 2 se repetiria por até 50 vezes antes do cloro atômico se combinar em algo mais estável. Para saber mais: Os materiais halógenos têm propriedades refrigerantes muito boas, principalmente quando formam moléculas leves. Pertencem a família 7A da Tabela Periódica que são o Flúor (F), Cloro (Cl), Bromo (Br), Iodo (I) e Astato (At), este último, um dos três artificiais abaixo do Urânio (U). 8 – Combinações com os Naturais Observemos agora o efeito sobre os gases naturais. Sabemos que a fotodissociação também atua sobre eles. No caso, dióxido de nitrogênio (NO2), dióxido de carbono (CO2) e o vapor d’água (H2O) representam umaparcela muito maior que os outros gases traços, inclusive antrópicos. A ação do ultravioleta sobre estas moléculas na estratosfera forma compostos que neutralizam o ozônio ou retardam a sua formação. Suas origens são as mais diversas como a ação dos relâmpagos na formação das bases nitrogenadas, os processos convectivos, que levam vapor d’água para as altas altitudes, a queima de biomassa, a respiração dos seres vivos e o mais terrível de todos, a erupção ou explosão de um vulcão (Fig.23). Fig.23 – Diversas origens dos gases naturais: relâmpagos, vegetação, oceanos e vulcões. 17 Quando estas moléculas naturais chegam à estratosfera, sofrerão o processo de fotodissociação, gerando outras moléculas inibidoras ou retardadoras de ozônio. No caso, tanto pela combinação com oxigênio atômico que estiver livre ou pela neutralização da própria molécula de ozônio. Dióxido de Nitrogênio (NO2): atua como inibidor de formação de ozônio, pois uma vez que atinge a estratosfera, procura se estabilizar com um oxigênio atômico livre, não necessitando de radiação solar (Fig.24). O produto desta combinação é monóxido de nitrogênio (NO) e oxigênio molecular (O2). Uma vez formado, o monóxido de nitrogênio é muito estável. O problema ocorre se, porventura, ele encontrar uma molécula de ozônio (como sempre, altamente reativo). De imediato, haverá síntese e como resultado teremos o retorno do dióxido de nitrogênio (NO2) e gás oxigênio (Fig.25). Fig.24 – Passo 1, a molécula de dióxido de nitrogênio reage ao encontrar um oxigênio atômico reativo. O processo independe da presença de luz solar, embora as chances de se encontrar oxigênio atômico sejam grandes apenas na presença desta: NO2 + O = NO + O2 Fig.25 – Passo 2, a molécula de monóxido de nitrogênio é muito estável. Somente um encontro com o ozônio poderia formar novos compostos. Ou seja, o ozônio foi destruído ao invés de fazer seu papel de interagir com o UV B. No produto, forma-se dióxido de nitrogênio e gás oxigênio: NO + O3 = NO2 + O2 Dióxido de Carbono (CO2) e Vapor D’água (H2O): contribuem como retardadores da formação do ozônio, pois estas duas moléculas, ao serem fotodissociadas, geram radicais altamente reativos. O processo começa com a incidência de radiação UV sobre as duas moléculas que atingiram a estratosfera. O dióxido de carbono gera monóxido de carbono (CO) mais estável e oxigênio atômico (O) reativo. O vapor d’água gera o radical hidroxila (OH) e um átomo de hidrogênio (H). Estes produtos servem como retardadores de formação de ozônio, pois necessitam de oxigênio atômico para se estabilizar. Podem também destruir ozônio quando reagem com ele para a mesma finalidade de estabilização (Fig.26). 18 Fig.26 – retardadores gerados pela fotodissociação do dióxido de carbono e água. Os produtos reagem com o oxigênio atômico ou com a molécula de ozônio para tentar se estabilizarem: CO2 + gg = CO + O H2O + gg = OH + H Resumindo... O ozônio (O3) reage praticamente com tudo e não somente com os CFC’s. O oxigênio atômico, que auxilia na formação do ozônio, também reage com tudo, incluindo o próprio O3. Pergunta... Será que não existem fatores de maior potencial neste processo? 9 – Atividade Solar Se o ozônio é um estado transitório do oxigênio e necessita de radiação ultravioleta para existir, então é mais notório estabelecer uma relação diretamente proporcional à quantidade de energia desta freqüência que incide sobre a Terra e a produção de ozônio na estratosfera (Fig. 27). Fig.27 – Interação da produção de ozônio com a quantidade de energia incidente na estratosfera no comprimento de onda do UV. A sugestão de proporcionalidade é plausível. A quantidade de energia do Sol é praticamente uma constante, mas as freqüências de emissão não o são. Ele pode compensar emissões de energia em outros comprimentos de onda. Por exemplo, emitir um pouco menos no visível, mas emitir mais no ultravioleta. Sabemos que a atividade solar possui ciclos de 11 anos, alternando máximos e mínimos. Durante esse processo, diversos fenômenos solares ocorrem como manchas solares, flares, protoplasmas, grupo de manchas etc. O que se percebe é que o número de manchas solares incide na quantidade de radiação ultravioleta emitido pelo Sol. Quanto menos manchas, menos radiação ultravioleta, mínimo solar (e mais radiação visível, ou seja, brilho). 19 Notemos que o ano de 1996 coincidiu com um "mínimo solar", ciclo 23, ou seja, quando a atividade solar esteve num mínimo, o Sol produziu menos radiação ultravioleta (UV) que é essencial para a produção de O3, isto é, menos UV, menor concentração de O3. O Sol atingiu um máximo (não tão máximo) de atividade em 2000, ciclo 23 (Fig.28) e a concentrações de O3 aumentaram. Em 2007-2008, o Sol estará num novo mínimo, menos UV, e o “buraco” na camada de ozônio voltará a crescer. O máximo solar de 2000 foi suficiente para aumentar as concentrações globais de O3 em cerca de 3% acima da média (Fig.29). Um ponto interessante, é que existe um possível ciclo solar, de cerca de 90 anos (Ciclo de Gleissberg). Este, prevê que o Sol vai estar num grande mínimo de atividade (minimum minimorum) nos próximos dois ciclos solares (próximos 22 anos), ou seja, de agora até os anos 2022-2023, caso se repitam os ciclos anteriores (1890-1915 e 1800-1825). Fig.28 – Ciclo solar 23. Notamos que o número de manchas solares indica a atividade solar. Quanto maior o número, maior a atividade e maior é a produção de ozônio. Há pequenas flutuações, consideradas anomalias normais durante os períodos de curtíssimo prazo. Fig.29 – Notar o contraste das concentrações de ozônio nos ano de 1996 e 2000/2001. 20 A Climatologia estuda exatamente os grandes ciclos de variação dos parâmetros. As concentrações de ozônio são cíclicas. Elas interagem com os ciclos solares de +/-90 anos, de 11 anos, os ciclos sazonais das estações do ano e o ciclo diurno. Muitos trabalhos iniciais, inclusive do próprio Dobson indicavam mudanças abruptas de mais de 1000% nas medidas de concentrações de ozônio em questão de uma hora, tamanho é o efeito reativo desta molécula de estado transitório do oxigênio. Na Antártida: Como o ozônio necessita de radiação UV C para existir, concluímos que durante o inverno polar, a concentração deste gás deverá cair abruptamente. Aliado a isto, temos as correntes de jato ao redor de toda a Antártida que praticamente formam um circuito fechado em altitude. Este fenômeno cria um considerável isolamento, não permitindo a facilidade de troca das massas de ar superiores. Ou seja, dificulta a mistura de ar com concentração elevada de ozônio (baixa latitude) com um outro, deficiente deste gás (alta latitude). Contudo, ao chegar a primavera, a situação se estabiliza e as concentrações aumentam até o verão austral (Fig.30A a D). Em anos de mínimo solar, as concentrações são baixas sobre a Antártida, mas não devem ser consideradas como alarmantes, mas sim pertencentes ao seu ciclo natural, ou seja, anomalias da normalidade (Fig.31). Fig.30A a D – Concentrações de ozônio crescem sobre a Antártida, conforme aumenta a incidência da luz solar pela mudança das estações do ano, desde a primavera, até o verão. 21 Fig.31 – Alguns anos são mais custosos para a normalização das concentrações do ozônio sobre a Antártida, com a chegada da primavera. Os anos de 1997 e 1998 foram muito próximos do mínimo solar. O ano de 1999 não foi, mas deve ser considerado uma anomalia. Isto chama a atenção para mostrar que o processo não é completamente compreendido. 10 – Cômputo do Ozônio e a Controvérsia do Nimbus 7 Anomalias na camada de ozônio sempre existiram e já eram divulgadas desde 1930. Em 1950, R. Penndorf, do Laboratório da Força Aérea, em Cambridge, EEUU, analisou os dados do período 1926-1942, da estação de Tronsoe, Norte da Noruega. Ele notou registros de concentrações de ozônio de valores tão baixosquanto 50UD e uma grande variabilidade diária, com um fator quase 10 (ou seja, 1000%) entre o máximo e o mínimo registrados, ou seja, existiam registros muito maiores que 500UD. Ele chamou essa anomalia de baixas concentrações de “buracos na camada de ozônio”. Porém, a expressão só ficou famosa depois que J.B. Farman, do British Antarctic Survey (BAS) publicou um trabalho na revista Nature em 1985, utilizando as informações do satélite meteorológico de órbita polar da série Nimbus. No caso, o Nimbus 7 possuía espectrômetro para medição de radiação total e constatou baixas concentrações de ozônio. A expressão também foi usada por 22 causa de problemas computacionais. As placas geradoras de vídeos da época formavam apenas 4 cores. Algumas conseguiam gerar 16. Como a cor preta foi atribuída à valores de concentrações baixas de ozônio (como 150UD) surgia, no meio do monitor de vídeo, sobre o cartograma da Antártida, uma enorme mancha preta! Mas o que ficou obscuro em toda a divulgação sobre o ozônio foi a questão: Se os gases CFC’s são emitidos pelo mundo inteiro (principalmente pelos países desenvolvidos do Hemisfério Norte) por que o “Buraco na Camada de Ozônio” só aparece sobre a Antártida? Poderemos tentar responder a essa pergunta com alguns fatos históricos e hipóteses interessantes. Em 1960, o cientista Gordon Dobson, utilizando dados coletados na Antártida durante o Ano Geofísico Internacional (1957-1958) escreveu em seu livro que “as anomalias na camada de ozônio sobre a Antártida são naturais”. Ele não utilizou a expressão “buraco” e sim “anomalia”. A hipótese sugerida é que o Hemisfério Sul possui uma climatologia totalmente diferente do Hemisfério Norte. A Antártida, dentro deste contexto, tem as suas particularidades. As diferenças são marcantes como a alta atividade de ciclones extratropicais, distribuição do campo de temperatura, tamanho da superfície dos oceanos, existência da Corrente Circumpolar Antártica – CCA, existência de um continente no pólo Sul, corrente de jato fechada em altitude, albedo etc. É mais lógico imaginar que há uma singularidade para o ozônio também (Fig.32). Fig.32 – Esquerda, concentrações de ozônio no final do inverno de 2004. É possível notar que as maiores concentrações coincidem com a região do cinturão de ciclones extratropicais, mostrada no mosaico de imagens de satélites de órbita polar, à direita. 23 Para saber mais: No início, os computadores de console emitiam sinais de vídeo apenas para caracteres ou poucos pontos gráficos. Os aceleradores de vídeo dos computadores são algo recente. Os primeiros foram os Computer Graphics Accelerator – CGA que geravam 4 cores. Em seguida, Extended Graphics Accelerator – EGA que geravam 16 cores. Nos anos 1990 surgem os Video Graphics Accelerator – VGA, com 255 cores e os Super Video Graphics Accelerator – SVGA que geravam, dependendo da resolução, 16 milhões de cores. Atualmente passamos do Ultra Video Graphics Accelerator – UVGA, de altíssima resolução e todo o espectro de cores. Para saber mais: Existem uma infinidade de satélites para os mais diversos propósitos, entretanto, só existem três maneiras seguras de orbitar o planeta que dependem da aplicação do satélite. Órbita Geossincrônica – o satélite percorre o espaço sempre observando o mesmo ponto da superfície do planeta. Exige órbitas afastadas (mais de 36.000km) e altas velocidades; Órbita Equatorial – o satélite percorre o Equador terrestre, mas em sentido contrário de rotação do planeta. As órbitas são baixas, na faixa dos 500km de altitude e grandes velocidades; Órbita Polar – o satélite percorre de um pólo ao outro, com uma inclinação superior à 95º. Desta maneira, ele pode observar várias latitudes durante um dia. As órbitas são baixas também, com grandes velocidades. Para saber mais: O satélite Nimbus 7 era um satélite de órbita polar e foi lançado em 1978. Era equipado com o Total Ozone Mapping Espectrometer – TOMS, Espectrômetro para Mapeamento de Ozônio Total. Um dispositivo do fino estado da arte, com o máximo de tecnologia da época e que foi desenvolvido para quantificar o ozônio total presente na atmosfera. Note que os resultados apresentados são médias. Estas, dissimulam ou amenizam as informações de máximos e mínimos, tão importantes no cômputo do ozônio. 11 – Considerações Finais Após nosso estudo das defesas do planeta Terra, em especial a Camada de Ozônio, podemos resumir os principais aspectos importantes abordados: ¬ As defesas da atmosfera terrestre são seletivas e vão eliminando os riscos potenciais de origem extraterrestre (partículas radioativas, radiações nocivas) conforme estas penetram nas camadas. Os mais nocivos são extintos nas camadas altas. Há suficiente quantidade de radiação solar ultravioleta na estratosfera de modo que possa existir fotodissociação de moléculas de gases que lá habitam. ® A radiação UV C e o gás oxigênio (O2) são os responsáveis pela formação do ozônio na estratosfera, ou seja, formam a ozonosfera (camada de ozônio). ¯ Uma vez formado o ozônio, este irá interagir com a radiação UV B através de fotodissociação. No processo, o ozônio libera radiação infravermelha termal que aquece a estratosfera, daí seu perfil de temperatura ser inverso ao da troposfera. ° Durante o processo de recombinação entre oxigênio atômico, gás oxigênio e ozônio, outras moléculas “oportunistas” podem atrapalhar o ciclo. Notamos que 24 estas moléculas podem ser tanto de origem antrópica (CFC’s, por exemplo) quanto de origem natural. ± A variação da concentração de ozônio, em geral, deve estar associada aos diversos ciclos solares e não somente a ação de gases que atrapalham a sua formação. Sobre a Antártida, notamos que há particularidades sazonais entre as estações do ano. Destaca-se que estas particularidades devem ser próprias das diferenças encontradas entre os dois hemisférios do planeta. Quando se tem dúvida sobre algo desconhecido, a posição tática mais aplicável é a contenção. Está é a idéia de conservadorismo: “Não se expor aos riscos!”. É importante esclarecer a todos sobre as incertezas científicas atuais, pois as nossas bases de dados ainda são muito pequenas e insuficientes. Não há indícios reais que os gases do tipo CFC estejam destruindo o ozônio estratosférico e criar falsas verdades para argumentar os conceitos conservadores não é correta. A idéia de conservação deve se fundamentar exatamente no princípio da incerteza. Com a dúvida atual que paira sobre a comunidade mundial, é melhor reduzir as atividades que possam interferir nos sistemas climáticos globais. Anexo 1: Posições entre a Política X Ciência O lado alarmista: "Estamos frente ao maior perigo que a humanidade já enfrentou". Esta foi a frase dita pelo Dr. Mostafa Toba, diretor-executivo do Programa das Nações Unidas para o Meio Ambiente e ganhador do prêmio Nobel pela descoberta, em seu projeto de pesquisa, da “Destruição da Camada de Ozônio pelos CFC’s”. O lado da contestação: com argumentos fortes, e que foram recentemente revelados ao mundo (muitos incluídos nesta explanação de aula). Faço minhas as palavras do Prof. PhD. Luiz Carlos Baldicero Molion, descritas abaixo: “Se me permitirem, eu gostaria de tecer alguns comentários sobre emissões de gases de efeito-estufa para a atmosfera, provenientes das atividades humanas. Eu sou professor no Departamento de Meteorologia da Universidade Federal de Alagoas e venho estudando o assunto há mais de 15 anos. Em primeiro lugar, gostaria de alertá-lo para não acreditar em tudo que é publicado por organizações pertencentes a ONU, pois, muitas vezes, tais ações e orientações têm o objetivo de fazer com que países de primeiro mundo continuem a manter sua hegemonia, em termos econômicos e tecnológicos. “Este parece ser o caso do IPCC (Painel Intergovernamental de Mudanças Climáticas), ONU, que tem tratado de emissões de gases e que liberou recentemente seu“Third Assessment on Climate Change” (3° avaliação sobre mudanças 25 climáticas) que aumentou, ainda mais, as estimativas de aumento da temperatura global se a concentração de CO2 e outros gases de efeito-estufa dobrarem, variando agora de 1,5 °C a 5,6°C. A figura 10 do Sumário Técnico do próprio IPCC mostra que, para os últimos 17 anos, houve uma tendência na concentração de metano (CH4) de -0,09% ao ano, o que significa que seu crescimento tem sido negativo e que a concentração de CH2 poderá se estabilizar em 2005 e diminuir a partir desse ano, apesar de os rebanhos de ruminantes terem crescido nesse mesmo período. As taxas de aumento de CO2 também têm decrescido, passando de 0,45% ao ano no começo dos anos 1980 para 0,41% ao ano no início dos anos 1990 (decréscimo de 0,04%), enquanto as emissões humanas passaram de 5,4 Gigatoneladas de carbono (GtC) por ano para 6,8 GtC/ano, um aumento de 26% no mesmo período. As concentrações desses gases de efeito-estufa dependem muito da temperatura dos oceanos que cobrem 71% do planeta. Os oceanos são os grandes reservatórios desses gases, contendo, por exemplo, cerca de 60 vezes mais CO2 que a atmosfera. Quando os oceanos estão quentes, a absorção de gases diminui, quando eles se esfriam a absorção de gases aumenta. Assim, bastaria um pequeno resfriamento da temperatura dos oceanos para mudar completamente as projeções feitas pelo IPCC sobre o aquecimento global. “Há quase 10 anos, reanalisei as séries de ozônio de Oslo e Tronsoe, Noruega, e escrevi um trabalho mostrando que as concentrações de ozônio estratosféricos são altamente variáveis e dependem da variação de fatores internos e externos ao sistema Terra-atmosfera, como produção de radiação ultravioleta pelo Sol e a presença de aerossóis vulcânicos. A verdade é que não há evidências científicas de que a camada de ozônio na estratosfera esteja sendo destruída pelos compostos de clorofluorcarbono (CFC’s), que são gases utilizados em refrigeração (geladeira, ar condicionado), como Freon 11® e Freon 12® da Du Pont. O que ocorreu foi que, como os CFC’s se tornaram de domínio público e já não podiam ser cobrados direitos de propriedade (royalties)sobre sua fabricação, as indústrias, que controlam a produção dos substitutos (ICI, Du Pont, Atochem, Hoechst, Allied Chemicals), convenceram “certos” governos de países de primeiro mundo (começou com Sra. Margareth Tatcher, ex-ministra da Inglaterra) a darem apoio para a “a farsa da destruição da camada de ozônio e do aumento do buraco de ozônio na Antártida” pois, agora, os seus substitutos recebem royalties. “O Freon 12®, por exemplo, custava US$1,70/kg e seu substituto R-134 custa quase US$20,00/kg. Como essas 5 indústrias têm suas matrizes em países de primeiro mundo e pagam impostos lá, não fica difícil de se concluir para onde vai nosso dinheiro e de quem é o interesse de sustentar uma idéia, ou hipótese tão absurda como essa da destruição da camada de ozônio pelo homem. Na minha opinião, essa hipótese é uma atitude neocolonialista, ou seja, de domínio dos países ricos sobre os pobres, através da tecnologia e das finanças. Países tropicais, como Brasil e Índia, precisam de refrigeração a baixo custo. A hipótese da destruição da camada de ozônio é uma forma de transferir dinheiro de países pobres para países ricos, que já 26 não possuem recursos naturais e têm que sobreviver explorando os outros financeiramente. “Uma das minhas preocupações é que o assunto já está sendo tratado nos livros de Ciências que as crianças usam e parece que vamos formar uma geração inteira, ou mais, baseados em afirmações, ou "dogmas", sem fundamento científico. “O Brasil foi forçado a assinar o Protocolo de Montreal, que bania os CFC’s. Era uma das exigências do FMI para renegociar a dívida externa e receber mais empréstimos. Daí, eu ter afirmado, e continuo convicto, que a “eliminação dos CFC’s como argumento que destroem a camada de ozônio” nada mais é do que uma atitude neocolonialista. Daqui alguns anos (100 anos??) quando provarem a verdade, ou seja, que a camada de ozônio jamais foi ameaçada pelo atividades humanas, vão ver quão medíocres eram os cientistas do final do século XX e início do século XXI e certamente receberemos os mesmos comentários e adjetivos que utilizamos hoje para criticar a atitude da Igreja Católica durante o período da Inquisição na Idade Média que atravancou o desenvolvimento da Ciência com “dogmas” absurdos. “O desinteresse atual sobre o estado da Camada de Ozônio (O3), ou seja, porque o PNUMA , OMM e as ONG’s da vida não falam mais sobre o assunto, reside no fato de a Indústria já ter conseguido seu intento, ao forçar a aceitação dos substitutos (R-134, por exemplo), e voltar a faturar mais, transferindo recursos de países pobres, carentes de refrigeração a baixo custo, para os países ricos, detentores da patentes e dos “royalties”, ou seja, a eliminação dos CFC’s foi um ato de NEOCOLONIALISMO. Portanto, o assunto “ficou fora de moda”. “Para complicar a situação dos que defendem, com propósitos escusos, que o homem possa destruir a Camada de Ozônio ou aumentar o “Buraco de Ozônio”, este diminuiu depois de 1996*. (*visto durante a explanação deste texto de estudo dirigido). (...) “Dessa forma, é possível que a camada de O3 naturalmente diminua em função do menor fluxo de UV. (Dentre as centenas de estudiosos – e consultores de indústrias de gases de refrigeração – será que só eu sei disso?!). “Será que acertarei minha “previsão”? E aí? Serão os “substitutos”, ou os remanescentes dos CFC’s, os causadores da diminuição (flutuação??) da camada de O3 no futuro? Esperar e ver o que acontece!” Para completar as afirmações do Prof. Molion, aqui estão alguns dados: A retirada completa dos CFC’s do mercado está prevista para 2010 e a retirada dos HCFC’s para 2030, data esta que coincide com a publicação de sua patente também. O objetivo final será manter apenas os HFC’s, compostos de hidrogênio, flúor e carbono, que não causam dano à camada de ozônio, mas são extremamente caros. 27 Anexo 2: Outras Atividades Danosas ao Ozônio Há muitas atividades que geram sub-produtos gasosos que são descartados como lixo na atmosfera. Dentre estas temos os lançamentos de foguetes espaciais ou bélicos, vôos de aviões (principalmente os estratosféricos) e atividades industriais em geral. Como experiência profissional própria na carreira de meteorologista, posso demonstrar o exemplo vivido no pólo petroquímico de Camaçari, Bahia, o segundo maior do mundo. Neste local, realizávamos o controle de 38 gases tóxicos lançados na atmosfera (não eram todos) e constatávamos que as vezes, 19 deles (50%) passavam dos limites impostos pelos órgãos e normas de meio ambiente. Note que quase todos possuem cloro e, uma vez atingido a estratosfera, sofrerão fotodissociação como o CFC, mas nem por isso estão proibidos de serem emitidos. Cloreto de Metileno; Estireno; 1,2 Dicloroetano; Clorometano; 1,2 Diclorobenzeno; Clorofórmio; 1,4 Diclorobenzeno; Triclorofluormetano; Tolueno; 1,1,2 Triclorotrifluormetano; Etilbenzeno; Tetracloreto de Carbono; Benzeno; 1, 3, 5 Trimetilbenzeno; Cloreto de Vinila; 1, 2, 4 Triclorobenzeno; Diclorotetrafluoretano 1, 1, 2, 2 Tetracloroetano; m-p-Xilenos. Anexo 3: Efeito do Ultravioleta na Saúde Só para recordarmos, o ultravioleta C (UV C) não chega à superfície, pois é absorvido totalmente pelo oxigênio molecular (O2). O Ultravioleta B (UV B) chega à superfície em quantidade que vai depender exatamente de quanto que o ozônio (O3) conseguiu bloqueá-lo na estratosfera. Mas o ultravioleta A (UV A) que é mais fraco de todos, chega praticamente ileso à superfície (Fig.A). Fig.A – Espetro do ultravioleta e a Camada de Ozônio. O UV C é extinto na estratosfera pelo gás oxigênio (O2). O UV B vai chegar à superfície em quantidades que vão depender das concentrações do ozônio (O3). O UV A praticamente chega ileso àsuperfície, pois não tem energia suficiente para fotodissociar moléculas ou provocar outras interações relevantes. 28 Existem muitas pesquisas feitas, até o momento, sobre a ação direta do ultravioleta, em diversas faixas (A, B e C). A maioria é de laboratório e em condições controladas. Elas testam a incidência destas radiações sobre animais e vegetais. Os resultados são deveras alarmistas. Contudo, quando o laboratório é natural e os espécimes são da Antártida e regiões sub-antárticas, os resultados são diferentes. Estes seres vivem durante a primavera, verão e início do outono nestes lugares e não sofrem, aparentemente, danos por estarem expostos às anomalias do ozônio. Conclui-se que a vida selvagem tem outros mecanismos de defesa, ou então, as anomalias do ozônio sempre existiram e seus genótipos sabem lidar com elas. Contudo, há um paradoxo biológico em relação aos seres humanos. Era de se esperar que as radiações ultravioleta menos nocivas não causassem problemas, mas não é assim que ocorre. O UV A, de menor energia (maior comprimento de onda) deveria interagir menos nos seres vivos (particularmente, nos seres humanos, a ação do UV A sobre o tecido tegumentar deveria ser superficial). Analogamente, o UV B, de maior energia (menor comprimento de onda, Fig.B) sob responsabilidade de ser filtrado pelo ozônio, deveria interagir mais profundamente no tecido tegumentar. Mas infelizmente não é isso que ocorre. Exatamente o UV A, que não possui bloqueios naturais e chega à superfície, é o mais nocivo. Sua ação ocorre nas camadas profundas da pele o que causa distúrbios preocupantes como tumores e envelhecimento precoce da pele (Fig.C). Fig.B – Recordando o espectro eletromagnético e as posições dos diversos tipos de ultravioleta. Note que o UV A, de menor energia (próximo do visível) deveria interagir pouco no tecido tegumentar dos seres vivos (em especial, os humanos) mas não é isto que de fato ocorre. Quanto aos produtos que exercem proteção aos raios ultravioleta, 90% deles atuam sobre o UV B (justamente aquela radiação sob responsabilidade do ozônio) e nada sobre o UV A. Salvo as exceções que registram em seus rótulos que a ação Fator de Proteção Solar – FPS se aplica às duas radiações. Se isto não ocorrer, a proteção é apenas para o UV B. Para saber mais: Os produtos de proteção solar se dividem pelo fator de proteção que podem exercer. Eles são cinco: óleo bronzeador, loção bronzeadora, moderador solar, protetor solar e bloqueador solar. É importante registrar os efeitos de envenenamento da pele com as substâncias bloqueadoras. Se um produto tem FPS30 e garante proteção de 95% enquanto que outro, de FPS60 garante proteção de 97%, não há lógica em se aplicar 100% a mais de substâncias químicas à pele para se ter um ganho nominal de apenas 2% de garantia. 29 Fig.C – Esquema pictórico da ação das radiações UV A e UV B sobre o tecido tegumentar. Há efeitos benéficos e maléficos. Deve-se se expor com cuidado aos raios solares. O verdadeiro segredo é o equilíbrio. 30 Em suma, o UV B, em dose certa, é necessário, pois estimula melanócitos, aumenta a pigmentação, encapsula DNA celular e produz pré-vitamina D que depois será convertida em vitamina D, essencial para a fixação de cálcio nos ossos. A radiação UV A não tem utilidade conhecida. Algumas pesquisas médicas, ainda não divulgadas por poderem alarmar as pessoas ou formar opiniões errôneas devido a mal entendidos, obtiveram resultados contraditórios. As peles negras ou brancas, sob incidência do UV A, indicaram alternância de resultados maléficos. Quanto maior foi o espaço amostral (número de pessoas) mais visível tornou-se esta indicação. Isto sugere que a interação do ser vivo com o UV A e UV B seja um caráter individual, onde alguns desenvolvem mais defesas que outros, tornando mito que peles negras sejam mais resistentes que as brancas. Contudo, que fique bem claro que estas características são pessoais de cada ser vivo. A cautela e a moderação à exposição ainda são os melhores conselhos para ambos os tipos de pele. Anexo 4: Resumo das Combinações Químicas Para auxiliar o estudante deste material, segue uma síntese das combinações químicas do oxigênio puro, abordadas no texto e as descrições retratadas diversas vezes. Diferentes Formas de Descrever as Combinações Alotrópicas do Elemento Oxigênio Esquema Pictórico do Número de Átomos Significado idêntico onde se lê Oxigênio Atômico ou Oxigênio Reativo ou Átomo de Oxigênio, pois referem- se ao átomo solitário (excitado) ou elementar do oxigênio. Forma Ímpar – O (instável e reativo) Significado idêntico onde se lê Oxigênio Molecular ou Gás Oxigênio, pois são a mesma molécula com dois átomos de oxigênio. Forma Par – O2 (estável) Significado idêntico onde se lê Ozônio ou Ozona ou Molécula de Ozônio ou Gás Ozônio, pois são a mesma molécula com três átomos de oxigênio. Forma Ímpar – O3 (instável e reativo) Ricardo Augusto Felicio B.Sc. Meteorologista – USP M.Sc. Meteorologia Antártica – INPE Aluno Dr. Climatologia Antártica – FFLCH – DGF – USP Correio eletrônico: ricaftnt@yahoo.com
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