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UEMS – Curso de Química – 4º Série
Professora: Perla Villani
Disciplina – Química Ambiental
OBJETIVOS DA AULA
1) Aula – Química da Troposfera – Efeito Estufa; Aquecimento Global e Poluição do Ar em
interiores;
EFEITO ESTUFA
Definição – aumento da temperatura média global do ar em vários graus como resultado do aumento na
quantidade de gás carbônico e de outros gases poluentes na atmosfera.
É considerado um dos nossos maiores problemas ambientais, ao contrário da depleção da camada de ozônio
estratosférica, que tem se manifestado de modo espetacular com o buraco de ozônio, o fenômeno de
aquecimento global devido ao efeito estufa ainda não foi observado de maneira a convencer todos da sua
existência.
Mecanismo do Efeito Estufa
A superfície e a atmosfera da terra são mantidas aquecidas principalmente pela energia proveniente do sol.
De
toda
energia
recebida
do
sol,
somente
50
% chegam à superfície, onde é absorvida, outros 20% da luz incidente são absorvidas por gases UV, pelo
ozônio e oxigênio diatômico, e IR pelo CO2 e H2O e pelas gotículas de água presentes no ar; os restantes
30% são refletidos de volta ao espaço pelas nuvens, neve, areia, gelo e outros corpos refletores.
De
toda
a
energia
recebida
do
Sol pelas camadas superiores da atmosfera, cerca de pouco mais da metade é IR, e o restante é luz visível.
Como qualquer outro corpo aquecido, a Terra emite energia; de fato, a quantidade de energia que o planeta
absorve e aquela liberada devem ser iguais para que a temperatura se mantenha constante. A energia
emitida não se situa na região do visível, ou UV, mas na região do infravermelho, apresentando
comprimentos de onda que variam de 4000-50000nm, essa região é chamada de infravermelho térmico
porque a energia é uma forma de calor, o mesmo tipo de energia é irradiado por uma panela de ferro
quando aquecida.
Logo após sua absorção pelas moléculas presentes no ar, como o CO2, a luz IR é remetida em todas as
direções, de modo aleatório. Deste modo, uma parte do IR térmico é direcionada de volta em direção a
superfície, sendo reabsorvida como excesso de energia, provocando aquecimento adicional tanto da
superfície como do ar.
Esse fenômeno, de redirecionamento ou desvio do IR térmico em direção à terra, é chamado de Efeito
Estufa, e é responsável pelo fato da temperatura média da superfície da Terra ser de aproximadamente de
+15ºC, em vez de -15ºC, temperatura que predominaria se gases que absorvem IR não estivessem presentes
na atmosfera.
Efeito estufa intensificado – aumento da concentração de gases traços no ar, que absorvem luz IR térmica,
resultando no redirecionamento de uma maior quantidade de energia IR refletida, o que pode aumentar a
temperatura média além dos 15ºC.
Principais Gases Indutores do Efeito Estufa
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Dióxido de Carbono – as moléculas de CO2 presentes atualmente no absorvem coletivamente metade da
luz IR térmica refletida que possuem comprimentos de onda na região entre 14000 e 16000 nm. O aumento
de CO2 na atmosfera impedirá que mais radiação IR refletida escape, especialmente nas regiões de ombro, e
deverá produzir maior aquecimento do ar.
As concentrações de CO2 crescem a uma proporção de 0,4% ao ano ou 1,5 ppm, quase o dobro que nos
anos 60. O aumento de CO2 se dá no inverno e outono, devido a decomposição da vegetação e na primavera
e verão há um declínio, atribuídas ao intenso crescimento da vegetação e fotossíntese:
Luz solar
CO2 +H2O
O2 + CH2O polimérico
O carbono fixado na forma polimérica no inverno e outono sofre decomposição liberando CO 2 na atmosfera
novamente. LEMBRAR QUE ESTAS ESTAÇÕES SEGUEM AS DO HEMISFÉRIO NORTE, TENDO
EM VISTA QUE APRESENTAM MAIOR EXTENSÃO DE TERRA.
Grande parte do aumento considerável nas contribuições antropogênicas na concentração de CO 2 deve-se à
queima de combustíveis fósseis, como carvão, petróleo e gás natural. Em média, cada pessoa é responsável,
nos países industrializados, pela liberação de cerca de 5 toneladas métricas de CO 2 de combustíveis
contendo carbono a cada ano, sendo que nos países em desenvolvimento corresponde a um décimo dos
países desenvolvidos.
Uma quantidade considerável de CO2 é liberada na atmosfera por devastamento das florestas e queimada de
madeiras. A taxa anual de desflorestamento ocorre, em base percentual:
1,6% na Ásia
1,5% na América Central
0,6% na América do Sul, de modo que contribuem com um quarto das emissões de CO 2 de origem
antropogênica, os outros três quartos corresponde aos combustíveis fósseis. Sendo que a maior parte
pontual do desflorestamento ocorre no Brasil.
O tempo de vida do CO2 adicional na atmosfera deve ser considerado como sendo longo, da ordem de
muitas décadas, enquanto apenas alguns anos são necessários para sua dissolução inicial no mar ou
absorção na biomassa.
56% das emissões ocorridas nas últimas décadas ainda estão no ar. Os oceanos, nas suas camadas
superficiais são capazes de absorver CO2, porém esta capacidade pode diminuir caso a água se aqueça de
maneira relevante, dado que a solubilidade dos gases na água diminui com o aumento da temperatura. O
aumento das temperaturas do ar também deve induzir a uma maior liberação de dióxido de carbono nos
solos, devido a um aumento na taxa de decomposição da matéria orgânica.
Vapor de Água – quase toda a relativamente pequena quantidade de IR refletida na região de 5500-7500nm
é interceptada pelo vapor de água. De modo que a água é o gás estufa mais importante na atmosfera da
Terra, no sentido de que ela produz mais aquecimento por efeito estufa do que qualquer outro gás, muito
embora seja menos eficiente que o CO2 quando considera-se como base uma unidade molecular.
Este efeito ocorre de maneira exponencial com o aumento da temperatura, de modo que o aquecimento
ocasionado por outros gases intensifica a atuação do vapor de água e a quantidade de IR térmico aumentará.
Devido à absorção, sobretudo pelo CO2 e pela água, essencialmente apenas a luz IR situada entre 8000 e
13000nm escapa de modo eficiente da atmosfera, esta porção de espectro é chamada de janela.
Outras Substâncias que afetam o aquecimento – são particularmente sérios os gases poluentes que
absorvem IR térmico na região da janela, uma vez que a absorção por H 2O e por CO2 em outras regiões é
de tal intensidade que resta pouco desse tipo de luz para ser absorvido pelos gases traço.
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Metano - depois do CO2 e da H2O, o metano, CH4, é o gás indutor do efeito estufa de maior importância.
Estima-se que o metano tenha produzido cerca de um terço de todo o aquecimento global produzido pelo
CO2.
Ele absorve a luz IR no comprimento de onda de 7700nm, próximo do limite da janela de IR térmico.
Cerca de 70% das emissões atuais de metano são de origem antropogênica, pela decomposição de plantas
submersas em água, como pântanos e brejos e terrenos úmidos de cultivo de arroz. Outra fonte importante e
anaeróbia são os aterros sanitários, matéria orgânica em lixo depositado (alguns lugares já coletam este gás
metano liberado nos aterros e são utilizados para gerar calor). Fontes de CH 4: combustíveis fósseis, queima
de biomassa, áreas de alagamento.
Óxido nitroso (N2O) – este gás absorve IR na região de janela 8600nm e no ombro de janela 7800nm, sendo
206 vezes mais efetivo que o CO2 em causar um aumento imediato no aquecimento global, porém o
aumento do seu nível é controlado, cerca de 0,25% de taxa anual.
Menos de 40% das emissões de óxido nitroso tem origens antropogênicas, grande parte do seu suprimento é
proveniente dos oceanos e a maioria restante dos processos que ocorrem nos solos nas regiões tropicais,
sendo subproduto da desnitrificação biológica em ambientes aeróbios e do processo de nitrificação
biológica em ambientes anaeróbios, sendo a nitrificação mais importante que a desnitrificação como fonte
total de N2O.
Fontes de N2O: aterros sanitários (por desnitrificação); queimada de florestas, uso de fertilizantes à base de
nitrato e amônio (maior fonte antropogênica deste gás), florestas tropicais úmidas, liberado pelos carros que
possuem coversores catalíticos de três fases, porém já se tem no mercado catalisadores mais eficazes.
CFCs – apresentam o maior potencial entre os gases traços para induzir o aquecimento global, uma vez que
são mais persistentes e absorvem fortemente na região da janela entre 8000 e 13000 nm, desta maneira cada
molécula de CFC tem o potencial de causar a mesma quantidade de aquecimento global que dez mil de
CO2. Entretanto o efeito final dos CFCs é menor na temperatura global, pois o redirecionamento do IR
térmico é parcialmente cancelado por um efeito independente, o resfriamento que eles induzem na
estratosfera em virtude da destruição que provocam da camada de ozônio.
Porém devido ao protocolo de Montreal em 1995 seu uso foi proibido, levando a sua substituição por
HCFC e HFC, que possuem tempo de meia vida menores e absorve com menor eficiência na região de
janela.
Ozônio troposférico – absorvem IR na região de janela entre 9000 e 10000nm, mas apresenta um curto
período de vida troposférico, não sendo tão significativo.
EFEITOS MODIFICADORES DO CLIMA CAUSADOS POR AEROSSÓIS
Os aerossóis de sulfato não são particularmente efetivos para aprisionar as emissões de IR térmico
refletidas, apenas se os aerossóis de sulfato incorporam fuligem, como ocorres em algumas áreas urbanas,
será significativa a absorção de luz por estas partículas.
Embora a capacidade dos aerossóis de origem antropogênica em resfriar a atmosfera pela reflexão da luz
solar tenha sido reconhecida há algum tempo, a partir de 1991 os efeitos dos aerossóis derivados da
poluição foram quantificados e incorporados em modelos que são usados para prever as mudanças
climáticas a longo prazo. Especificamente os aerossóis troposféricos ricos em sulfato, que diariamente são
produzidos a partir de poluentes presentes no ar, em especial sobre as áreas urbanas no Hemisfério Norte,
refletem a luz solar de volta para o espaço de modo mais eficiente do que podem absorvê-la, e desta
maneira menos luz solar está disponível para ser absorvida pela superfície e nas camadas mais baixas da
troposfera e convertida em calor.
O efeito líquido dos aerossóis é de resfriamento do ar nas proximidades do nível do solo e, por meio disto,
contrabalançar parte dos efeitos do aquecimento global produzido pelos gases indutores do efeito estufa
(excedendo em alguns locais o efeito provocado pelo aquecimento por gases indutores, como no leste dos
EUA, região centro-sul da Europa e leste da China, devido a grande parcela da atividade industrial).
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AQUECIMENTO GLOBAL
Ironicamente, é previsto que um aumento na concentração dos gases indutores do efeito estufa causará um
resfriamento da estratosfera. Este fenômeno ocorre por duas razões:
- mais IR térmico refletido é absorvido a baixas altitudes (troposfera), e assim menos resta para ser
absorvido e aquecer os gases da estratosfera;
- nas temperaturas estratosféricas, o CO2 emite mais IR para o espaço que absorve como fótons e assim o
aumento
em
sua
concentração
resfria
a
estratosfera
(quem absorve o IR nesta faixa são os vapores de água e ozônio).
De modo que o resfriamento da estratosfera tem sido considerado um sinal de que o efeito estufa está
sofrendo uma intensificação.
POLUIÇÃO DE INTERIORES
A poluição do ar interior é um problema ambiental muito maior, tendo em vista que grande parte das
pessoas passa maior parte do tempo confinada. De fato, as práticas inadequadas de ventilação, nos países
em desenvolvimento que queimam carvão, madeira, resíduos de colheita e outros combustíveis derivados
da biomassa não-processados, geram poluição na forma de fumaça e CO2 que provocam problemas
respiratórios, particularmente em mulheres e crianças.
Formaldeído – poluente orgânico mais importante em interiores, já que em ambientes externos estão
presentes a nível traço (uma vez que são formados como intermediário de metano e outros COVs).
A principal fonte na exposição a esse gás são emissões da fumaça de cigarro e de materiais sintéticos que
contém resíduos de formaldeido (plásticos).
Dióxido de Nitrogênio e Monóxido de Carbono – encontrados em grandes quantidades e excede as
encontradas no exterior, em casas que contêm fogões, aquecedores de ambientes e de água que funcionam a
gás (NO2·). Seus efeitos são predominantemente respiratórios.
O monóxido de carbono é derivado da combustão incompleta de combustíveis contendo carbono, como
madeira, gasolina, querosene ou gás. Altas concentrações são derivados do mau funcionamento dos
aparelhos de combustão, como os aquecedores à querosene. Também são comuns em interiores de garagens
e estacionamentos subterrâneos. Problemas de saúde são ocasionados devido a capacidade do monóxido de
se ligar a hemoglobina, portanto fumantes são expostos a grande quantidade destes gases.
Fumaça de Cigarro – gases contidos na fumaça: monóxido de carbono, dióxido de nitrogênio, formaldeído,
hidrocarbonetos, cádmio, COVs, polônio e parte particulada chamada alcatrão (contém nicotina e
hidrocarbonetos menos voláteis), causam irritação nos olhos, problemas respiratórios (agravam asma,
bronquite, angina de peito e causam pneumonia em crianças) e além disto são cancerígenos.
Amianto – seu uso foi drasticamente reduzido por ser reconhecido como cancerígeno a partir de estudos
recentes, ele causa mesotelioma (câncer incurável de pulmões, abdômen e coração. São encontrados em
revestimento de materiais à prova de fogo em construções públicas, pastilhas de freio de automóveis, bem
como aditivo para reforçar o cimento usado para telhas e tubulações e como fibras para tecidos em artigos
de vestuário à prova de fogo.
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