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ANÁLISE DA CONCENTRAÇÃO MÉDIA DIÁRIA DO OZÔNIO NO PERÍODO DE TRANSIÇÃO
ENTRE AS ESTAÇÕES SECA-CHUVOSA NA PASTAGEM NA AMAZÔNIA
Marcos Antonio Lima Moura, Roberto Fernando da Fonseca Lyra, Manoel Ferreira do
Nascimento Filho
Departamento de Meteorologia/CCEN/UFALBR 104 – km 14 - Maceió – Alagoas –57.072-970
[email protected]
Franz X. Meixner, Joern von Jouanne
Biogeochemistry Department, Max-Planck-Institute for Chemistry, Mainz, Germany
[email protected]
Ednaldo Oliveira dos Santos
Doutorando em Ciências Atmosféricas/COPPE-UFRJ - Rio de Janeiro-RJ
[email protected]
ABSTRACT
Regular measurements of surface ozone concentration have been continously at pasture site (Fazenda
Nossa Senhora, 10º 45’ S, 62º 22’ W ) during the 1999 dry-to-wet-transition in Amazonia (Rondonia-Brazil) as part
of Large Scale Biosphere-Atmosphere - European Studies on Trace Gases and Atmospheric Chemistry (LBAEUSTACH-99) field campaign. Ozone measurements were obtained using the Thermo Electron Model 49 Ozone
Analyser in two heights (0,5 and 4,5m). In the evaluation of the ozone data we have considered the meteorological
conditions: surface wetness-grid, solar radiation, air temperature (0,5 and 4,5m), wind velocity(0,5 and 4,5m) and
soil moisture. The diurnal variations are well defined, with minimum concentration during the night and maximum
concentrations in the daytime. The ozone concentration gradient increased with the height. During this
measurements period the average concentration were of the order 22,4 ± 2,3 ppb at 0,5m and 27,8 ± 1,9 ppb at
4,5m.
INTRODUÇÃO
Na Amazônia, em especial em Rondônia, o desmatamento em grande escala associado ao fogo pode
constituir uma fonte para vários componentes primários da química da atmosfera, pois a mesma libera fuligem e
vários gases, particularmente dióxido de carbono (CO2), hidrocarbonos, óxido nítrico (NO) e dióxido de nitrogênio
(NO2), que vão produzir, através de reações químicas, outros componentes secundários com poder de ação às vezes
superior àqueles sobre o balanço de radiação, o efeito estufa e a modificação do clima.
A importância do ozônio tem sido destacada por causa da sua importância nos processos fotoquímicos,
como também por causa de sua importância no efeito estufa. Embora se reconheça que o balanço da concentração
do ozônio na troposfera seja composto por quatro quantidades gerais (transporte da estratosfera; produção
fotoquímica local; deposição na superfície e destruição fotoquímica), a quantificação de cada um desses termos é
muito difícil (Fishman et al., 1985).
Oxidantes fotoquímicos é a denominação dada à mistura de espécies químicas que não são emitidas
diretamente na atmosfera, mas formada através de reações químicas que ocorrem devido à ação da radiação solar
sobre compostos orgânicos e óxidos de nitrogênio. Em particular, o N2O é naturalmente produzido no solo através
da atividade microbiológica (bactérias nitrificantes e desnitrificantes), como também é um dos gases responsáveis
pelo consumo(destruição) de ozônio (O3 ) na atmosfera. Além disso, o solo desprotegido após as florestas serem
removidas tem participação significativa na dinâmica de processos químicos e físicos da atmosfera, uma vez que
atuam como fonte e sorvedouro de vários gases-traço, como N2O, NO, CO2, e CH4 ( Bakwin et al., 1990). Assim
como, é bem conhecida a alta produção de concentração de NOx durante as queimadas (Crutzen et al., 1985), que
vem a ser a prática mais utilizada, não só para o desmatamento da floresta como também para renovação das
pastagens em áreas antropizadas.
O presente trabalho teve como principal objetivo investigar as variações da concentração do ozônio na
baixa troposfera em duas alturas em uma pastagem na Amazônia no período de transição entre a estação seca e
chuvosa e tentar correlacionar os fluxos com algumas variáveis meteorológicas.
3005
METODOLOGIA
Foram utilizadas neste estudo medidas de ozônio realizadas na Fazenda Nossa Senhora Aparecida (10º 45’
S, 62º 22’ W, 293 m ), cuja vegetação natural foi substituída por uma gramínea (Brachiaria brizantha), durante o
período de 02 a 27.10.1999, correspondente a realização do projeto LBA-EUSTACH-99 (Large Scale BiosphereAtmosphere - European Studies on Trace Gases and Atmospheric Chemistry) durante o período de transição entre a
estação seca-chuvosa na Amazônia. As concentrações foram medidas com o analisador de Ozônio por fotometria
U.V., Modelo 49C, da Thermo Environmental Instruments, Inc., em duas alturas: 0,5 e 4,5m. A concentração foi
medida a cada 30 segundos, sendo que foram utilizadas médias de 6 minutos.
Também foi instalada uma estação automática micrometeorológica, onde foram realizadas medições a cada
10 segundos, mas com média a cada 30 minutos das seguintes variáveis meteorológicas: temperatura do ar e
velocidade do vento em duas alturas (0,5 e 4,5m), radiação global, deposição de água sobre o solo, umidade do solo
e precipitação.
Com base nos dados coletados, foram feitos os cálculos diários como também foram elaborados gráficos
representativos das variabilidades médias diárias.
RESULTADOS E DISCUSSÕES
As condições climáticas encontradas durante a realização do experimento pode ser sintetizadas nas Figuras
1(a,b,c,d), onde observa-se que a velocidade do vento acompanha o fluxo de radiação global à superfície. Desse
modo, a velocidade do vento não só é maior durante o período diurno, como também na altura superior (4,5m).
Enquanto a temperatura média do ar mostrou uma flutuação da amplitude de aproximadamente 4,7º C e uma
diferença muito pequena entre as alturas consideradas. Já a umidade média do solo acompanha claramente a
precipitação, onde nota-se que, em termos gerais, ocorreram duas grandes chuvas: uma no dia 13.10 (17,5mm) e
outra no dia 25.10 (27,3mm).
Na maioria dos casos, um gradiente negativo de ozônio (taxa de mistura decrescente para a superfície) foi
observada. A Figura 2 mostra o desenvolvimento da concentração do ozônio para todo o período observado ( 09.10
a 27.10.1999) para médias de 6 minutos em duas alturas (0,5 e 4,5m). A referida Figura indica claramente uma
maior concentração de ozônio na altura superior (4,5m). A característica mais evidente é a repetição do ciclo: altos
valores durante o dia e baixos valores durante à noite. Os máximos ocorrem próximo ao meio-dia independente da
altura. Também é observada uma diminuição no ciclo diário da concentração de ozônio quando foi detectada a
deposição de água sobre o solo independente de ser por precipitação ou orvalho.
Os valores diários da concentração do ozônio obtidos do cálculo das médias diárias nos dois níveis
observados pode ser visualizada na Figura 3. As médias sofreram alterações, durante todo o período observado, não
demonstrando um ciclo padrão. Enquanto, no início das medições nota-se um maior distanciamento entre as
médias, observa-se no final das medições um declínio com aproximação entre as diversas médias, mas claramente
influenciadas pelos índices de precipitação nesses dias, o que elevou em muito a umidade do solo, provavelmente
propiciando uma maior liberação de N2O pelo solo. Em compensação, houve uma culminação do distanciamento
das médias no período de 17 a 22, onde observa-se uma elevação das médias diurnas e uma diminuição das médias
noturnas. A princípio, não foi possível fazer uma associação a nenhum fenômeno meteorológico, mas nota-se que
as velocidade do vento nas duas alturas apresentaram-se mais constante e com menor diferença entre as velocidades
do vento nas duas alturas, como também muito provavelmente isso estaria associado as queimadas, que foram
intensas nestes dias, conforme registrado no diário de ocorrências do experimento.
Há uma variação sazonal pronunciada nas concentrações de O3 e de outros oxidantes sobre a bacia
Amazônica com valores mais elevados de O3, CO, e NOx durante a estação seca. Esta diferença foi atribuída
principalmente às emissões resultantes das queimadas de biomassa e de NOx dos solos durante a estação seca
(Keller et al., 1991). Segundo Kaplan et al.(1988), a concentração atmosférica de NO é o fator crítico na regulagem
do nível de concentração do ozônio troposférico, pois a produção fotoquímica de ozônio depende principalmente da
quantidade de NO presente na atmosfera (Logan, 1985). Claramente o referido período estudado reflete uma
combinação do aumento da intensidade das queimadas, que libera alta quantidade de NOx (Crutzen et al., 1985),
que por sua vez influencia a concentração noturna do ozônio, e a produção fotoquímica de ozônio durante o
período diurno. Tanto que a média da concentração do ozônio na altura de 0,5m variou entre 13 e 29 ppb,
enquanto na altura 4,5m ocorreu uma variação de 12 a 41 ppb. Valores estes maiores que os encontrados por
Kirchhoff (1988) na Reserva Ducke no mês de julho que variaram de 7 a 31 ppb.
3006
CONCLUSÕES
A concentração do ozônio refletiu a tendência de oscilar entre valores máximos durante o período diurno e
mínimos no período noturno, sendo que os valores máximos ocorreram por volta do meio-dia, uma vez que a
concentração aumenta com o nascer do sol, mas decresce antes do seu pôr. A concentração diurna média foi de
30,8ppb (0,5m) e 34,5ppb (4,5m), enquanto a concentração noturna média foi de 13,8 e 22 ppb para as alturas de
0,5 e 4,5m respectivamente. Devido aos efeitos fotoquímicos e da fumaça provocada pela queima de biomassa,
comum nesta época do ano, resultaram em concentrações médias diárias de 22,4ppb(0,5m) e 27,8ppb (4,5m).
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
BAKWIN, P. S., WOFSY, S. C., FAN, S. M., KELLER, M., TRUMBORE, S., COSTA, J.M. Emission of nitric
oxide (NO) from tropical forest soils and exchange of NO between the forest canopy and atmospheric
boundary layers. J. Geophys. Res.,v.95, n.D10, p.16755-16764, 1990.
CRUTZEN, P.J., DELANY, A . C., GREENBERG, J., HAAGENSON, P., HEIDT, L., LUEB, R., POLLOCK, W., DEILER,
W., WARTBURG, A ., ZIMMERMAN, P. Tropospheric chemical composition measurements in Brazil during the
dry season. J. Atmos. Chem. V.2, p.233-256, 1985.
FISHMAN, J.; VUKOVICH, R.M.; BROWELL, E.V. The photochemistry of synoptic-scale ozone synthesis:
implication for the global tropospheric ozone budget. J. Atm. Chemistry, v.3, p.299-320, 1985.
KAPLAN, W. A ., WOFSY, S.C., KELLER, M., COSTA, J.M.N. Emission of NO and deposition of O3 in a
tropical forest system. J. Geophys. Res., v.93, n. D2, p.1389-1395, 1988.
KELLER, M., JACOB, D.J., WOFSY, S.C. et al. Effects of tropical deforestation on global and regional
atmospheric chemistry. Climatic Change, v.19, p.139-158, 1991.
KIRCHHOFF, V. W.H. Surface ozone measurements in amazonia. J. Geophys. Res., v.93, n.D2, p.1469-1476,
1988.
LOGAN, J.A . Tropospheric ozone: seasonal behavior, trends and anthropogenic influence. J. Geophys. Res.,
v.90, p.10463-10482, 1985.
Temp#1
Rad. Global
(a)
30
(b)
26
Temp#2
23
20
28
17
26
14
11
24
8
22
10
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
Dias
Dias
ff#1
Precipitação
(c)
ff#2
(d)
MSWC
22
30
20
25
18
20
16
15
1
14
10
0,5
12
5
0
10
2,5
2
1,5
10
11
12 13
14
15
16 17
18
19
20 21
22
23
24 25
26
Dias
Dias
Figura 1
0
10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27
27
Variação media diária da temperatura do ar à 0,5m (Temp#1) e 4,5m (temp#2) (a); radiação solar
global (b); velocidade do vento à 0,5m (ff#1) e 4,5m (ff#2) (c) e precipitação e umidade do solo
(d).
3007
Ozonio-0,5m
Ozonio-4,5m
Wetness-grid
(2)
10
80
70
60
50
40
1
30
20
10
0
0,1
Dias
Figura 2
Variação da concentração média do ozônio à cada seis (6) minutos em duas alturas
(0,5 e 4,5m) e detecção de deposição de água no solo no período de 09 a 27.10.1999.
60
Média-0,5
Diurna-0,5
Noturna-0,5
Média-4,5
Diurna-4,5
Noturna-4,5
(3)
50
40
30
20
10
0
10
Figura 3
11
12
13
14
15
16
17
18
19
Dias
20
21
22
23
24
25
26
27
Variação da concentração média diária, diurna e noturna do ozônio em duas alturas
(0,5 e 4,5m) no período de 10 a 27.10.1999.
3008