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UMA REVISÃO DAS PESQUISAS SOBRE A QUIMICA DA ATMOSFERA· E A
MUDANÇA DO CLIMA GLOBAL
SILVIO DE OLIVEIRA
(1,2,3)
l.Departamento de ÁgJa e Energia tletrica - DAEE
2.Departanento de ~teorologia - IAG -USP
3.CEI'ESB
As alterações na química da atmosfera e do clima global vem sendo acompanhada por diversos especialistas. Tem se verificado que além da presença
das substâncias químicas convencionais, os gases traçadores CH4, N20, CFC
e outros têm aumentado sua participação no processo. Suspeita-se também que
o SOx possa estar contribuindo para modificações no balanço radiativo. Procu
rou-se então sumarizar os trabalhos nessa área e discutir as interações eQ
tre os efeitos dos gases lançados na atmosfera e o seu reflexo no clima.
INTRODUÇÃO
A oxidação de traçadores de gases atmosféricos contendo carbono, hidrogênio, nitrogênio, enxofre e halogênios, ocorrem através das reações químicas iniciadas diretamente ou indiretamente pela radiação solar. Estes proce~
sos químicos produzidos também por produtos de vida média longa,não reativo
tais como C02 ou vapor dágua,são removidos da atmosfera por mecanismos físi coso O processo de oxidação ocorre principalmente na troposfera e com isso
está previsto concentrações elevadas destas substâncias traçadoras na baixa
atmosfera. O processo de oxidação química, geralmente, ocorre na fase gas.
Para os componentes voláteis orgânicos incluindo os hidrocarbonetos halogenados, a maior espécie oxidante é o radical oxidrila OH, que reage para extrair
ou adicionar o átomo de hidrogênio às ligações não saturadas e assim iniciar
o mecanismo de degradação de radicais livres. O propósito deste ~studo é de~
crever o papel dos processos químicos da atmosfera na determinação das mudanças climáticas, com base na literatura vigente.
PRINCIPAIS GASES TRAÇADORES
A tabela I reune um conjunto de gases traçadores que vem sendo constatado o aumento global das suas concentrações de orígem primária, de acordo com
~uebbles and Edmonds (1988).
A maioria destes gases têm efeito direto sobre o clima através dos pro-
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cessos de absorção da radiação infravermelha (IR). A mudança climática sendo
associada com as variações a longo prazo das condições meteorológicas passe
a ser caracterizada pelas alterações na temperatura de superfície, precipit~
ção, cobertura de nuvens e outros parâmetros. O estudo de Wuebbles et aI.,
1989, tem demonstrado que o acréscimo das concentrações destes gases traçadQ
res absorvedores de IR poderá afetar o clima global e com isso despertando
cada vez mais o interesse da pesquisa nessa área.
A IMPORTÂNCIA
DO OH TROPOSFÉRICO
O radical hidroxila não é um gas de estufa, com efeito direto sobre
o
clima, mas é extremamente importante como substância que remove gases traçadores na troposfera. Ele preferencialmente remove, o CH4, CO, CH3CCL3,CH3C~,
H2S, S02, DMS e outros hidrocarbonetos e halocarbonos contendo hidrogênio.
Algumas destas espécies tais como o CH4 tem efeito direto sobre o clima. POL
tanto uma mudança na quantidadé do OH pode impactar a vida média destas espé
cies e promover profundas modificações no clima.
Os trabalhos de (Cox and Derwent, 1981; Liu, 1989) têm demonstrado que
o acréscimo nas concentrações do CH4 e do CO, tendem a decrecer as concentr~
ções do OH, ao passo que um acréscimo no NOx e 03 eleva as concentrações
do
OH. Mudanças na UV devido à destruição do ozônio estratosférico potencialmente, conduziria a um aumento na eficiência de oxidação através de efeito direto sobre a fotoquímica do 03 e do OH. Um aumento na concentração do vapor dá
gua, devido ao aquecimento global, também conduzirá a um aumento na produção
do OH.
Por outro lado as alterações no balanço do CH4 pode modificar a distribui
ção da concentração do ozônio. O OH tem um papel determinante na produção de
ozônio por oxidar o NO a N02, remover formas químicas ativas de NO e na baixa troposfera, iniciar a oxidação dos hidrocarbonetos. A tabela 11 sumariza a
relação do OH com diversos gases traçadores tanto na sua formação como destrui
çao.
Na troposfera a fonte geradora do OH e do ijOx (OH,H02,RN03,etc .. ) é através da reação do átomo de oxigênio excitado O(~) com H20:
O( lD) + H20 - t 20H
(1)
onde o O(lD) é gerado pela fotólise do ozon10 aos 300nm:
03 + h v C~ < 31Onm) ---+ 02 + O( 1D)
(2)
A concentração do NOx troposférico NOx(NO+N02) pode determinar como o 03
é produzido e destruido na condição "background" "áreas limpas". Assim, em r~
giões, de elevada concentração de NOx, uma sequência fotoquímica iniciada pela
reação do CO com o OH conduziria a produção do 03:
CO + OH ~ C02
H + 02 + M - 7
H02 + NO
~
N02 +
h-v
O + 02 + M ---+
~
+ H
R02 + M
OH + N02
NO + O
03 + M
Líquido: CO + 202 + h ---+ C02 + 03
(2)
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Em regiões onde a concentração de NOx é quase zero a sequência de re~
çoes iniciadas pelo OH com o CO conduz a destruição do 03:
CO + OH -+ C02 + H
H + 02 +M ~ H02 + M
H02 + 03 --. OH + 202
Logo a taxa de destruição ou produção global líquida de 03 depende
fundamentalmente das concentrações de NOx e do OH.
O ENXOFRE NA ATMOSFERA E SUA LIGAÇÃO COM O CLIMA
O papel do enxofre na atmosfera sobre o clima, até recentemente, tem
sido limitado ao impacto das emissões antropogênicas sobre o aerosol estratosférico (Wang et aI., 1986). Esse conceito tem sido revisto de tal modo
que espécies de enxofre de vida média curta pode ter consequências para
o
clima através de seus efeitos sobre o albedo das nuvens.
A propósito deste assunto(Tung et aI., 1986) o aumento da nebulosida
de na estratosfera deverá alterar substancialmente o resfriamento e ou aquecimento no início da primavera na região da antártica. Mudanças nas propri~
dades óticas das nuvens pode influenciar o clima. A esse respeito Charlston
et aI., (1987) estimou que um aumento global no albedo de 0.005 corresponaeria a uma diminuição de 1.3K na temperatura média de superfície. Logo
uma
variação pequena na temperatura devido ao aumento dos gases de estufa é importante para entender o processo que conduziria uma modificação no albedo
das nuvens. Um processo envolve a alteração nas características da nebulosidade pelas emissões do DMS (Dimetilsulfeto) pelos oceanos. Um outro processo
envolve modificações nas nuvens pelo aumento do vapor dágua e as emissões
antropogênicas do enxofre, Ghan et. aI., (1989) e Schwartz (1988). Neste me
canismo está envolvido o OH que atua para converter o DMS e S02 para partículas de aerosois e sulfatos e são a fonte primária dos núcleos de condens~
ção, capaz de alterar o albedo das nuvens e do clima.
Esta discussão mostra que as concentrações localizadas do DMS, S02 e
do vapor dágua presupõe a existência de concentrações de partículas e a con
sequente formação dos núcleos de condensação que determinarão se mudanças
nas emissões de enxofre causará impacto ou não no albedo das nuvens com con
sequências para o clima global, tendo em vista que 30% da superfície terre~
tre é coberta por nuvens cujas propriedades óticas deverão ser s~nsíveis a
alterações no tamanho das gotículas (Charlston,et. aI., 1987).
CONCLUSÃO
Discutiu-se a influência de gases traçadores de vida média longa sobre a camada de ozônio, o efeito estufa e seu reflexo sobre o clima. Abordou-se também, aspectos sobre a presença do S02, DMS e do vapor dágua e
e
o seu impacto sobre a cobertura de nuvens da te~ra, estimada em 30%
quais as consequ~ncias para o clima global.
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BIBLIOGRAFIA
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TABELA
GAS
101:
1 - RESUMO DOS GASES TRAÇADORES
Crocelltr.,ç80
(PH1)
Tenlência
Ablosférica
de aor';.dnl'l
TB1l'O de
vida .oédia
01
345
1.7
CXl
1lJl.1.tido da
0.12
1-2
0.4
0.)1
O.)
150
4
Tipo de frote em:i..aora
(",,,,.1
Di&xillo
de carbono
Mel.",
~Z
IMPORTANTES
500
0.4(%/8110)
1
(Ar-biOllfera-oceano)
7 -10
caJbJ5tíYl!l - fós.il
aninel dauoÍatic:o-vazaDl!llto ela ..../petrrfleo - vtlr...... de arroz
Uso IharllÍtioo: aaric:ultun, irândio_
floreata.
cart•• 1O
N0
2
Oxido Ni lroao
Z)
KJx·(to+m
óxidode
queÍllll de
OOIIbJatí.... l fÓ8.il,
c:ultivo,
ferti liZCIte no 8010.
nitr:ll.
(Xl)
(x-Il
a ZC1 2
C {1{)
crc-IZ
1-2OxIÕ5
Z.0.10- 5
3. 2x 10-4
crc-ll)
).2xl0- 5
10
gênio
não
ca~ll'ICido
0.02
75
caJbJIfive1 fósail, qu.iDa de biaauN
produzido na inlIl8tru quÍmica
produzido na imúetru quÍmica
110
inIIletril química
90
produzido
6-9
produzido na irodatria quÍmica
fabricação extintoreo de inoônIio
NI
OIp::l)
...lilclorofonnio
CF
2aJlr
alBr
''''-IZII
1.2x1O-4
blO-6
lo-:xJ
1"'-1~1
lxlO-6
não ccOlI!Cido
110
fabricação da extintora da iooênIi.o
!D
dióxido de
""",,[re
1x2Ox1O-5
não coohecido
0.02
queima
<Do
c~tloli
z
TABELA
5x1O-4
2-2.5
GAS DE
ESTUF A7
CONSF.NTRAÇAo TROPO~
E AFETADA PELA
QUIMICA 7
SIM, reage com 011
CO
NÃO
SIH
SIM, reage com 011
NÃO
NÃO
SIH
SIH, re.ge co.. OH, 0)
NXO
NÃO
N1Io
SIH, reage com OH
81H
SIH
SIH
EFEITOS INDIRETO SOBRE
FE~ICA
SIM
C2C1 3 f )
CII 3CC1)
Cf 2CIBr
petróleo
queimo de bianaaaa, queiDa de c<JIb.Bi{""l fó.. i1
S~A
SIM
CFCl)
Cf 2C1 2
e
11- EFEITO DIRETO E INDIRETO DOS TRAÇADORES DE GAS NO CLIMA
CO 2
CII 4
NZO
NO x
da carvão
lsuJ..
fídrico
GAS
12-15
NÃO
QUIMICA DA XROPOSFERA
NÃO
SIM afeta 0" e o)
NlIo
SIM afeta OH a 0,
NXC
NÃO
NXO
NlIo
r
SIH
NÃO
Cf 3Br
SIH
NÃO
NXO
S02
SIH (fraco)
Sim reaga com 011
cos
SIH ( freco)
Sim reAge com 011
SIM pouco .igoifi
c.tivo p.ra O cli..a
NÃO
?
I
QUIMICA DA ESTRATOSFERA?
SUl afeta
0)
SIH afeta °)"2°
Não .ignificativamaota
Si.. arat. 0,
Si.. afaU 0,
Sim afeta O,
Si .. afeta O,
Sim afeta 0
3
Sim afeta O,
si.. afeta O)
Si.. afeta 0 3
Silll aumanta o. .. r.ll.
aoi.
si.. aumenta aaro.oÍl