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- -1 GESTÃO DA POLUIÇÃO (ATMOSFÉRICA, SOLO E SONORA) COMPOSIÇÃO DA ATMOSFERA - -2 Olá! O ar é um elemento essencial para o ser humano, do qual não se pode prescindir por mais de poucos minutos. Por exemplo, como fonte de oxigênio (O2) para troca térmica e como fonte de gases de respiração, utilizamos, principalmente, o gás carbônico, a transpiração, os gases corporais em geral e os gases e partículas de nossas atividades diárias, como o cozimento de alimentos ou o tabagismo. Cerca de 30 mil litros de ar passam, por dia, pelos pulmões de uma pessoa adulta (ASSUNÇÃO, 2009). Esse ar, que atinge as partes mais profundas do aparelho respiratório, entra em contato direto com os alvéolos pulmonares, cuja superfície é muito extensa. Caso fosse possível abrir cada alvéolo e colocá-los lado a lado, teríamos uma área de, aproximadamente, 95 m2, ou seja, a área útil de um apartamento de tamanho médio. De acordo com Assunção (2009), por meio dos alvéolos, o ar entra em contato com a corrente sanguínea, fornecendo oxigênio necessário à vida humana. Esse oxigênio é provido pela atmosfera. Que tal conhecermos um pouco mais sobre essa importante característica física da Terra que nos mantém vivos? Vamos lá? Ao final desta aula, o aluno será capaz de: 1- Reconhecer as principais características da atmosfera; 2- Identificar a composição química da atmosfera; 3- Compreender os ciclos biogeoquímicos dos principais componentes da atmosfera. 1 Formação e Constituição da Atmosfera Em sua história, a atmosfera teve três momentos que influenciaram sua formação e constituição: • primeiro foi o período que antecedeu o aparecimento da vida sobre a Terra. • segundo foi o surgimento da vida na forma de seres autotróficos e heterotróficos. • terceiro momento, que se estende aos dias de hoje, é o aparecimento do ser humano com suas máquinas e seus inventos (LENZI; FAVERO, 2009). A partir dessa afirmação, percebemos que o homem é fator primordial na dinâmica da atmosfera. Mas você pode- se questionar: o que é atmosfera ? Vamos conhecer mais detalhes desse conceito? • • • - -3 2 Conceito de Atmosfera A atmosfera – palco dos eventos meteorológicos – pode ser descrita como uma camada fina de gases sem cheiro, sem cor e sem gosto, que envolve e acompanha a Terra em todos os seus movimentos. Essa camada é composta de gases que se encontram junto à superfície terrestre e que se tornam rarefeitos, desaparecendo com a altitude. A atmosfera alcança uma altitude (espessura) de cerca de 800 km a 1.000 km, e liga-se à Terra pela força da gravidade. De acordo com Ayoade (2003 apud TORRES; MACHADO, 2011), a atmosfera caracteriza-se por apresentar uma espessura menor na região equatorial e maior sobre os polos, em razão da forma caracteristica do planeta (geoide). De acordo com Soares e Batista (2004) , a atmosfera é constituída por uma combinação de diversos gases, como o nitrogênio, o oxigênio, os chamados gases raros (argônio, neônio, criptônio e xenônio), o dióxido de carbono, o ozônio, o vapor d’água, o hélio, o metano, o hidrogênio, etc. Além desses gases, há, na atmosfera, partículas de pó, cinzas vulcânicas, fumaça, matéria orgânica e resíduos industriais em suspensão, os quais são denominados aerossóis. De acordo com Vianello e Alves (1991), o termo é usualmente reservado para particulas materiais,aerossóis exceto água e gelo. Os aerossóis são importantes na atmosfera como núcleos de condensação e de cristalização, como absorvedores e dispersores de radiação e como participantes de vários ciclos químicos. Ayoade (2003 apud TORRES; MACHADO, 2011) destaca que os aerossóis produzidos pelo homem são considerados, atualmente, como responsáveis por 30% dos aerossóis contidos na atmosfera. Saiba mais A origem da palavra atmosfera vem do grego e esta diretamente relacionada a sua composição. Desmembrando o termo, tem-se: atmos = gas + sfera = esfera. Disponivel em: http://professoradegeografia. blogspot.com/2008/09/atmosfera-atmosfera. html. Acesso em: 30 jan. 2012. - -4 Contudo, destacam-se, especialmente nas camadas mais baixas, o nitrogênio (N2) e o oxigênio (O2), embora os demais gases desempenhem importante papel no balanço atmosférico, pois absorvem, refletem ou difundem tanto a radiação solar quanto a reirradiação terrestre. A quantidade de moléculas dos elementos varia de acordo com a altitude, visto que, pela força da gravidade, os elementos mais densos tendem a ficarem mais próximos da superfície (TORRES; MACHADO, 2011). 3 Camadas da Atmosfera Segundo Dominguez (1979 apud TORRES; MACHADO, 2011), a composição e as condições físicas da atmosfera não são uniformes em toda sua espessura, mas variam de modo acentuado. Sendo assim, a atmosfera divide-se em diversas camadas ou estratos superpostos. De acordo com Ayoade (2003 apud TORRES; MACHADO, 2011), evidências provenientes de radiossondas, foguetes e satélites indicam que a atmosfera está estruturada em três camadas relativamente quentes, separadas por duas camadas relativamente frias com camadas de transição entre as cinco principais, denominadas pausas. Várias camadas foram reconhecidas dentro da atmosfera, mas, até agora, não há consenso sobre sua terminologia e quantidade. De acordo com Torres e Machado (2011), as camadas reconhecidas são: · Troposfera; · Estratosfera; · Mesosfera; · Termosfera; · Exosfera. Vamos conhecê-las? (1ª camada): Troposfera A troposfera é a camada mais baixa da atmosfera, que se estende até mais ou menos 12 km. Essa extensão ocorre a partir da superfície até a altura de 14/16 km nas zonas equatoriais e até 8/10 km nas zonas polares. Nas zonas polares, as baixas temperaturas promovem a contracao dos componentes atmosféricos. Na troposfera, ocorre a maior parte dos meteoros, ou seja, fenômenos que podem ser aéreos ou mecânicos (ventos), acústicos (trovão), aquosos (chuva), óticos (arco-íris) ou elétricos (raios). A troposfera contém cerca de 75% e a quase totalidade do vapor d’água e dos aerossóis. Segundo Soares e Batista (2004) , na troposfera, a temperatura diminui a uma taxa média de 0,6º C a cada 100 m. O limite superior da troposfera – denominado tropopausa – corresponde às zonas de temperaturas mais baixas. - -5 Nota-se que sua composição em altitude varia da mesma maneira que os limites da troposfera, sendo mais alta na região do Equador e mais baixa nas regiões polares. Sendo a tropopausa mais baixa nos polos, sua temperatura diminui, em média, somente até -33° C, ao passo que no Equador, a temperatura vai até -63° C. (DOMINGUEZ, 1979 apud TORRES; MACHADO, 2011). (2ª camada): Estratosfera A estratosfera estende-se da tropopausa até cerca de 50 km. Nessa camada, a temperatura aumenta com a altitude, chegando a 17º C na estratopausa. Alguns autores, como Ross (1995), mencionam que, na camada de ozônio, a temperatura chega a 50º C, em virtude da absorção da radiação ultravioleta do sol pelo ozônio (O3), que a transforma em energia térmica. O ozônio é encontrado em concentrações variáveis dentro dessa camada nas altitudes entre 20 e 50 km, com forte concentração por volta dos 25 km de altitude. Por conseguinte, a estratosfera possui, em suas camadas superiores, uma fonte de calor, em contraste com a troposfera, que é aquecida, principalmente, por baixo. Em geral, a temperatura da camada permanece constante até os 25 km e vai aumentando, de forma lenta, até os 32 km. Depois disso, a temperatura começa a aumentar rapidamente (RETALLACK, 1977) . (3ª camada): Mesosfera A mesosfera é a camada da atmosfera que se estende da estratopausa até cerca de 80 km de altitude, apresentando queda de temperatura de -3,5º C por Km. Em seu limite superior (mesopausa), observa-se a temperatura mais baixa da atmosfera (cerca de -90º C). No que se refere à sua composição, a mesosfera contém uma pequena parte de ozônio e vapores de sódio, os quais desempenham um importante papel nos fenômenos luminosos da atmosfera, como as auroras, por exemplo (DOMINGUEZ,1979 apud TORRES; MACHADO, 2011). (4ª camada): Termosfera A termosfera estende-se da mesopausa até cerca de 500 km de altitude e é bastante rarefeita. Aqui, a atmosfera é muito afetada pelos raios X e pela radiação ultravioleta, o que provoca ionização ou carregamento elétrico. As camadas inferiores da Ionosfera desempenham um papel muito importante nas transmissões de rádio e televisão, já que refletem ondas de diversos comprimentos emitidas pela Terra, o que possibilita sua captação pelas emissoras. O limite superior da termosfera denomina-se termopausa. (5ª camada): Exosfera A exosfera estende-se da termopausa até uns 800 a 1.000 km de altitude. Nessa camada, predominam os átomos de hidrogénio e hélio (atomos mais leves). - -6 Na exosfera, a atmosfera vai-se rarefazendo, tendendo ao vacuo. Nessa camada, a densidade atmosférica é igual à do gás interespacial que a circunda. Além disso, na exosfera, ocorrem elevadissimas temperaturas e grande incidéncia de poeira cósmica. 4 Representação das Camadas da Atmosfera ATENÇÃO! Convencionalmente, estabeleceu-se o limite superior da atmosfera a uma altura aproximada de 1.000 km sobre o nível médio do mar. Entretanto, a maioria dos cientistas prefere considerar que o ar atmosférico chega a confundir-se com os gases raros e com a poeira do espaço interplanetário. Nesse caso, não existe um limite preciso entre a atmosfera e esse espaço (RETALLACK, 1977, p. 13). Veja abaixo a imagem das camadas da atnosfera terrestre. - -7 5 Pressão Atmosférica Um aspecto físico e importante da atmosfera é a pressão atmosférica! Segundo Lenzi e Favero (2009), a pressão, como uma grandeza física, é a força (ou o esforço) uniforme e normal (perpendicular) exercido na unidade de superfície. Sendo assim, a pressão atmosférica pode ser representada da seguinte forma: - -8 Em termos de atmosfera, define-se pressão atmosférica como o peso do ar – isto é, a massa do ar (m) sob a ação da gravidade (γ) – exercido verticalmente sobre a superfície de um corpo. O peso do ar depende de sua massa específica; essa massa, por sua vez, depende da altura em relação ao nível do mar. Dessa forma, no nível do mar, tem-se um valor máximo da pressão atmosférica, cuja unidade foi denominada atmosfera e simbolizada por atm. Portanto, no nível do mar, o valor da pressão atmosférica é igual a 1 atm. Exemplo da pressão atmosférica Para entendermos melhor a pressão e a circulação atmosférica, vamos assistir ao vídeo sobre movimentos na atmosfera, disponível em: http://www.youtube.com/watch?v=P5AOOO_6Iv4&feature=related 6 Transformações da Natureza A natureza é dinâmica e nos mais variados aspectos, encontra-se em permanentes transformações. Os promotores dessas transformações são diversos: · Alguns dependem de fatores internos – isto é, da própria estrutura –, dentre os quais destacamos: os desequilíbrios físicos, químicos e biológicos, que tendem a um estado de equilíbrio. · Outros, também naturais, são de ordem externa, como, por exemplo, a radiação solar, as interações gravitacionais etc. · Um terceiro promotor dessas transformações, que, até pouco tempo, era inexpressivo, é a atividade antrópica: a ação do homem. (LENZI; FAVERO, 2009) Lavoisier (1743-1790) – pai da química moderna em seus experimentos e em suas observações – concluiu: “Na natureza, nada se cria, nada se perde, tudo se transforma”. Você verá, a seguir, no que resultaram tais transformações! http://www.youtube.com/watch?v=P5AOOO_6Iv4&feature=related http://www.youtube.com/watch?v=P5AOOO_6Iv4&feature=related - -9 7 Ciclos biogeoquímicos dos componentes da atmosfera Segundo Lenzi e Favero (2009), há uma conservação do material envolvido nos processos físicos, químicos e biológicos, o qual passa de um lado para outro, de uma forma para outra, podendo retornar a seu estado inicial. A atmosfera está envolvida nesses processos. Desse envolvimento, surgiram os ciclos biogeoquímicos. Os ciclos biogeoquímicos ou as etapas de sua ocorrência são influenciados pela ação antrópica e apresentam características diferenciadas das que prescindem do homem. A atmosfera (um dos componentes da natureza) faz parte desses ciclos, pelos quais todos os elementos passam (LENZI; FAVERO, 2009). A seguir, você verá os ciclos biogeoquímicos dos principais componentes da atmosfera: nitrogênio, oxigênio, carbono e água. As informações foram alteradas de Lenzi e Favero (2009), Dajoz (2005) e Braga et al (2005). Vamos começar? 8 O ciclo do carbono Assim como para todos os ciclos biogeoquímicos estudados no âmbito do conjunto da biosfera, a determinação da importância dos reservatórios e dos fluxos de carbono é difícil, e os valores apresentados mudam conforme os autores. O ciclo do carbono é complicado pelas diversas modificações consideráveis que ocorreram entre a época pré- industrial e a atual. Na atmosfera, o elemento carbono pode ser encontrado em diferentes formas, tais como: Gás monóxido de carbono (CO); Gás carbônico (CO2); Gás metano (CH4); Derivados clorofluorcarbonos (CFCs); Hidrocarbonetos (HC). Além da atmosfera, o carbono é encontrado em diversos reservatórios. - -10 O solo contém de 1.050 a 3.000 Gt. Os combustíveis fósseis representam 10.000 Gt e os sedimentos, 20 milhões de Gt. O oceano contém 35.000 Gt de carbono sob a forma de carbonatos dissolvidos. Na atmosfera, o carbono apresenta-se em torno de 750 Gt sob a forma de CO2. A partir do último século, a origem antrópica desses gases começou a ter uma presença significativa na atmosfera e a provocar fenômenos ambientais inclusive de natureza global, como o efeito estufa, o buraco de ozônio, o smog fotoquímico, entre outros. Aproximadamente 0,035% ou 350 ppm em volume do ar seco é constituído de gás carbônico. Sua origem é biogênica e, ao mesmo tempo, antrópica. O gás carbônico não apresenta caráter poluente, mas, juntamente com a água da atmosfera, é um dos grandes responsáveis pelo efeito estufa, que, nos últimos anos, interferiu substancialmente na temperatura global da Terra. 9 O ciclo do oxigênio O oxigênio gasoso (O2) não existia na atmosfera primitiva, mas aparecia sob a forma de gases oxigenados (como SO2 e NO), particulados oxigenados suspensos na atmosfera, etc. O oxigênio começou a existir na atmosfera no momento em que surgiram os seres autotróficos, que o liberaram na forma gasosa, conforme a seguinte reação: CO2 (gás carbônico) + H20 (agua) luz, nutrientes, organismos autotréficos CH20 (biomassa) + O2 (gás oxigénio) Ao longo de milhões de anos, o gás oxigênio alcançou, na atmosfera, a abundância de 21% em volume de ar seco. Quando encontrado sob a forma de gás carbônico (CO2), o carbono da atmosfera é utilizado pelos organismos fotossintetizantes como matéria-prima para sintetizar compostos orgânicos como carbono e outros elementos químicos retirados de outras fontes. A reação de fotossíntese mostra esse processo de transferência do carbono de sua fase inorgânica na atmosfera (CO2) para sua fase orgânica na composição de glicose (C6H12O6). Veja: - -11 Sendo assim, podemos destacar dois pontos importantes: • O processo de fotossíntese é responsável pela transferência do carbono para sua forma orgânica, ou seja, a síntese de matéria orgânica que irá formar os seres vivos; • A glicose armazena, na forma química, a energia proveniente do sol, formando a base de energia que será consumida ao longo da cadeia trófica. Cada nível que evoluir servirá como energia vital para as espécies vivas. Esse consumo de energia sob a forma de C6H1206 é realizado para que os seres vivos possam realizar suas funções: O processo de respiração (um conjunto de reações químicas que são inversas às reações de fotossíntese). Dessa maneira, o carbono orgânico (sob a forma de glicose) é transferido novamente para sua fase inorgânica como gás carbônico. Veja como ocorre esse processo: Ambos os processos quimicos complementam-se na forma de um ciclo de carbono e oxigênio, sendo transportadospor diversos sistemas naturais do planeta. Compartimento aquático nos processos químicos do gás carbônico e do oxigênio O compartimento ambiental aquático também participa dos processos químicos do gás carbônico e do oxigênio, a partir de reações reversíveis, absorvendo o CO atmosférico que reage quimicamente com a água, dando origem ao acido carbônico (H2CO3). Esse ácido, por sua vez, continua a cadeia de reações químicas e dissocia-se em íon hidrogênio (H+) e íon bicarbonato (HCO3-). A partir dessa interação entre o CO2 atmosférico e o compartimento aquático, observa-se a maior quantidade de absorção de carbono excedente nesse ambiente, o que determina seu papel fundamental no equilibrio desse ciclo. Ciclo secundário do carbono A velocidade com que os ciclos de fotossíntese e respiração ocorrem pode ser considerada alta, principalmente quando a comparamos com a velocidade de um ciclo secundário do carbono: o processo geológico de formação das reservas de combustíveis fósseis. Tais reservatórios foram formados ao longo de milhares de anos, a partir de matéria orgânica proveniente de plantas e animais mortos. - -12 Quando interagia com processos geomorfológicos, essa matéria orgânica ficava sob grande pressão e temperatura, transformando-se quimicamente e estocando-se no subsolo da crosta terrestre. Veja abaixo a representação do ciclo do carbono e do oxigênio Disponível em: http://www.photographia.com.br/gerais.htm. Acesso em: 29 jan. 2012 10 O Ciclo do Nitrogênio O ciclo do nitrogênio é o mais complexo dos ciclos biogeoquímicos. É difícil avaliar as quantidades de nitrogênio presentes nos diversos compartimentos da biosfera, com exceção da atmosfera e dos compostos nitrogenados de origem industrial. http://www.photographia.com.br/gerais.htm http://www.photographia.com.br/gerais.htm - -13 Tais compostos são de 4 a 5 vezes mais abundantes do que aqueles provenientes da fixação biológica do nitrogênio atmosférico: a reserva essencial da biosfera. Entretanto, o nitrogênio só pode ser utilizado nessa forma por raros organismos, como bactérias e cianobactérias. As bactérias capazes de fixar o nitrogênio atmosférico são as aeróbias (como a ) ou anaeróbias (comoazotobacter a ).clostridium Algumas são capazes de realizar a fotossíntese (como a ) ou vivem em simbiose com asrhodospirittum leguminosas. Na atmosfera, o nitrogênio encontra-se, em sua maior parte, na forma molecular (N2). Cerca de 78% do volume do ar seco é constituído de nitrogênio. Ao longo de milhões, talvez bilhões de anos, estabeleceu-se um equilíbrio dinâmico entre o nitrogênio da atmosfera (hidrosfera - geosfera biosfera), constituindo o ciclo biogeoquímico do elemento nitrogênio em suas diferentes formas. PROCESSO DE AMONIFICAÇÃO NO CICLO DO NITROGÊNIO O processo de amonificação dá continuidade ao ciclo biogeoquímico do nitrogênio. Nesse processo, bactérias usam a matéria orgânica proveniente de dejetos e organismos mortos como alimento, mineralizando o nitrogênio e produzindo gás amônia (NH3) e sais de amônio (NH4+). Esses últimos são convertidos em nitritos (NO2-) e, depois, em nitratos (NO3-) por bactérias quimiossintetizantes. A referida transição da fase de nitrito para a fase de nitrato é chamada de nitrificação e ocorre aerobiamente pelas nitrobactérias. Em seguida, o ciclo biogeoquímico prepara-se para sua última fase, com o retorno para o estado gasoso. Nesse momento, ocorre a desnitrificação do nitrato pela atividade das bactérias pseudômonas, que, nas condições anaeróbias de alguns tipos de solos, formam o N2. Esse, por fim, é liberado para a atmosfera. 11 O Ciclo da Água O ciclo hidrolégico ou ciclo da agua distingue-se de outros ciclos por duas características importantes: a molécula de água não sofre transformações e os seres vivos quase não o influenciam. Sendo assim, a água distribui-se de forma desigual na superfície da Terra, e as necessidades são crescentes. A água é constituída por dois elementos: H e O. Por isso, trata-se de uma substância composta. Nesse sentido, a agua pode fazer parte da descrição do ciclo do hidrogênio, bem como do ciclo do oxigênio. - -14 Na atmosfera, a maior parte da água origina-se do próprio ciclo hidrológico. Em outras palavras, a energia solar evapora a água da superfície dos corpos d’água ou, mediante a evapotranspiração, a biota libera o vapor d’água para a atmosfera. A água difunde-se na atmosfera pela troposfera, por meio das correntes de ar e dos ventos. Além das transformações físicas (que conduzem as demais etapas do ciclo hidrológico), essa água da troposfera pode sofrer transformações fotoquímicas e químicas. A água também atua como um regulador de diversos processos ambientais, como o controle térmico da atmosfera e de sistemas aquáticos e o controle de pH e salinidade. Além disso, a água mostra-se como um componente vital para a manutenção da vida. Sendo assim, mudanças no estado de equilíbrio desse ciclo podem representar condições ambientais menos apropriadas para esse fim. As mudanças mais importantes que observamos nos ambientes e que influenciam no ciclo hidrológico são as ações de desmatamento e a impermeabilização do solo - condições que causam muitas perdas econômicas, ambientais e humanas. 12 Veja agora um resumo do ciclo da água Veja, agora, um resumo do ciclo da água, a partir da apresentação de seus processos físico-químicos: Detenção parte da água da chuva que fica retida no solo e na vegetação, evaporando ou infiltrando em seguida. Escoamento superficial água que escoa pelo solo até chegar a um corpo de água; nesse percurso, a água também sofre evaporação e infiltração. Infiltração água que penetra no solo e que serve tanto para alimentar reservatórios subterrâneos quanto para a vegetação. Escoamento subterrâneo água que escoa mais lentamente pelo solo, alimentando rios e lagos, principalmente durante épocas mais secas. Evapotranspiração os vegetais utilizam a água presente no solo e a eliminam sob a forma de vapor d’água. Evaporação processo de transformação da água em vapor, que pode ocorrer em qualquer fase do ciclo. Precipitação água que cai diretamente no solo ou em um corpo de água sob a forma de chuva, neve ou gelo. Veja abaixo uma representação do ciclo hidrológico: - -15 13 Consequências das Atividades Humanas Além de modificar os grandes ciclos biogeoquímicos naturais que acabamos de ver e, consequentemente, a própria atmosfera, as atividades humanas aumentam a circulação de elementos (como o chumbo) e criam ciclos de substâncias sintéticas (como o DDT). Essas mudanças são suficientemente grandes para causar sérios problemas ambientais! No entanto, resultados de experimentos mostram que, se as alterações não forem muito grandes e se suas causas forem reduzidas ou eliminadas, os ecossistemas serão capazes de se recuperar de muitas perturbações. (PURVES et al., 2005) Por isso, devemos controlar nossas manipulações quanto aos ciclosbiogeoquímicos! - -16 Dessa forma, permitiremos que os ecossistemas continuem a fornecer os bens e serviços dos quais a humanidade depende! Esse é um dos principais desafios que a sociedade moderna, ou melhor, que nds mesmos devemos enfrentar! O que vem na próxima aula Na próxima aula, você estudará sobre os assuntos seguintes: • Inversão térmica; • Poluição atmosférica; • Principais Poluentes. CONCLUSÃO Nesta aula, você: • Conheceu as principais características da atmosfera; • Identificou a composição química da atmosfera; • Compreendeu os ciclos biogeoquímicos dos principais componentes da atmosfera. • • • • • • Olá! 1 Formação e Constituição da Atmosfera 2 Conceito de Atmosfera 3 Camadas da Atmosfera 4 Representação das Camadas da Atmosfera 5 Pressão Atmosférica 6 Transformações da Natureza 7 Ciclos biogeoquímicos dos componentes da atmosfera 8 O ciclo do carbono 9 O ciclo do oxigênio 10 O Ciclo do Nitrogênio 11 O Ciclo da Água 12 Veja agora um resumo do ciclo da água 13 Consequências dasAtividades Humanas O que vem na próxima aula CONCLUSÃO
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