poluição atmosferica

poluição atmosferica

A Terra formou-se sem uma atmosfera. De acordo com teorias modernas, o planeta formou-se por uma lenta acumulação de partículas sólidas e frias de todos os tamanhos, procedentes de detritos e restos solares. Os gases e água que agora constituem nossa atmosfera e oceanos eram componentes químicos de uma mesma mescla original (DONN, 1978, p. 4).

Nas fases iniciais de formação do que a Terra é hoje, as concentrações de gás carbônico (CO2) na atmosfera eram muito altas, decorrentes principalmente da grande intensidade das erupções vulcânicas. O gás carbônico começou a decrescer em quantidade na atmosfera quando transformado em depósitos calcários pelas algas marinhas; este processo de decréscimo de CO2 teve duas fases:

Primeira Fase - há 600 milhões de anos -, com a proliferação de protozoários calcários, os foraminíferos e posteriormente;

Segunda Fase- há 350 milhões de anos -, pela proliferação de pteridófitos. Porém, no meio do período Cretáceo - há

100 milhões de anos, na época dos dinossauros -, as concentrações de CO2 na atmosfera ainda eram muito altas, estimadas em 10 vezes mais que nos dias atuais. Uma forte redução no vulcanismo teria provocado uma sensível baixa nos níveis de CO2 na atmosfera e uma aproximação aos níveis atuais (POSTEL, 1986, p.2). Após esta baixa, a terra conheceu sucessivas altas e novas baixas nos níveis de concentração de CO2 na atmosfera - que ainda hoje não são explicadas - e que muitos cientistas acreditam estar relacionadas com a sucessão de períodos glaciais e interglaciais do período Pleistocênico.

A cada ano, uma quantidade da ordem de 10 Gt de carbono na forma de dióxido de carbono (CO2) e de outros gases são liberados para a atmosfera através de processos das atividades humanas. Nos últimos 200 anos, a concentração de dióxido de carbono na atmosfera aumentou 27% - decorrente da queima de combustíveis fósseis com o início da era industrial e com os desmatamentos - sendo que metade deste aumento ocorreu nos últimos 30 anos. As concentrações de CO2 na atmosfera passaram de 272 ppm na era pré-industrial para 346 ppm em 1986 (HALL, 1989, p. 175).

Com a queima de combustíveis fósseis, o carbono armazenado é oxidado e liberado para a atmosfera em forma de CO2. Os combustíveis fósseis são os responsáveis por cerca de 75% da energia primária mundial, na proporção de:

1. Petróleo - 32% 2. Carvão - 26% 3. Gás - 17%

O restante da energia primária é obtida de:

4. Biomassa - 14% 5. Hidroeletricidade - 6% 6. Fissão nuclear - 5%

As emissões totais globais de CO2 para a atmosfera, resultantes da queima de combustíveis fósseis (incluindo fabricação de cimento), atingiram aproximadamente 5,65 Gt em 1987. Os EUA são a maior fonte mundial de liberação de CO2 por queima de combustíveis fósseis, com 1,202 Gt em média em 1986 (HALL e CALLE, 1989, p. 517).

O desmatamento tropical pela queima da biomassa, para uso agrícola da terra, para pastos e para uso de madeiras, é também um grande responsável pelo crescente aumento de CO2 na atmosfera. As florestas contêm de 20 a 100 vezes mais carbono por unidade de área que as plantações ou pastos. Com o desmatamento o carbono originalmente contido na vegetação e nos solos é liberado para a atmosfera em forma de CO2. Somente uma quantidade relativamente pequena de carbono é redistribuída na terra ou levada pelos rios. A liberação global líquida de carbono, devida ao desmatamento entre 1860 e 1980 situou-se entre 135 e 228 Gt (WOODWELL et alii, 1983, p. 1082). Wilson sugere que somente nas 3 décadas entre 1860 e 1890 foram liberadas para a atmosfera 110 Gt devido à chamada agricultura pré-industrial (WILSON, 1978, p. 41). Algumas estimativas de entrada global líquida de CO2 na atmosfera devida a mudanças no uso da terra foram de 1,0 a 2,6 Gt em 1980 (HOUGTON et alii, 1987, p.

128).Enquanto que Marland e Boden (1989) estimam uma média de 1,8 Gt (na faixa de 0,8 a 2,6 Gt), quase totalmente a partir dos trópicos (MARLAND e BODEN, 1989, citado em HALL e CALLE 1989, p. 521). Essas variações resultam das incertezas em relação aos estoques de carbono na vegetação e nos solos, à extensão dos diferentes tipos de florestas, às taxas de desmatamento e ao destino das terras desmatadas.

Este crescente aumento de CO2 na atmosfera tem deixado os cientistas apreensivos em relação às possíveis conseqüências climáticas. Alterações climáticas implicam em mudanças no atual equilíbrio ambiental estabelecido no planeta. Mais especificamente o aumento das concentrações de CO2 na atmosfera pode supostamente prejudicar o equilíbrio estabelecido entre oceanos e biosfera que fazem suas trocas de carbono através da atmosfera

O dióxido de carbono tem sido apontado como o grande vilão da exacerbação do efeito estufa, já que sua presença na atmosfera decorre, em grande parte, de atividades humanas. Na atmosfera atual o teor de CO2 oscila em torno de 365 mL/m3, com uma tendência de crescimento que teve seu início no final do século XVIII em decorrência do aumento no uso de combustíveis fósseis. Como o tempo médio de residência do CO2 na atmosfera é de cerca de cem anos, a estabilização ou mesmo a diminuição do teor atmosférico desse gás requer diminuição significativa em sua emissão. Ao interagir com radiação infravermelha o CO2 absorve-a significativamente em duas estreitas faixas de comprimentos de onda inferiores a 5 m e em uma ampla faixa acima de cerca de 13 m. Portanto, como a água e o CO2 não absorvem entre 7 m e 13 m ocorre na atmosfera uma verdadeira ‘janela’ espectral, pela qual a radiação infravermelha emitida pela Superfície terrestre escapa, perdendo-se no espaço(essa radiação corresponde a 6por cento da radiação solar que atinge a Terra).

A FORMAÇÃO DO METANO NO MEIO AMBIENTE. Na combustão do metano, diversas etapas são envolvidas.

Metano forma um radical metila (CH3), que reage com o formaldeido (HCHO ou H2CO). O Formaldeído reage para formar o radical (HCO), que então forma o monóxido de carbono (CO). O processo é chamado pirólise:

CH4 + O2 → CO + H2 + H2O

Seguindo a pirólise oxidativa, o H2 oxida, formando H2O, reabastecendo a espécie ativa, e liberando calor. Isto acontece muito rapidamente, geralmente em menos de um milissegundo.

H2 + ½ O2 → H2O

Finalmente, o CO oxida-se, formando CO2 e liberando mais calor. Este processo é geralmente mais lento que o outro processo químico e precisa de alguns poucos milissegundos para acontecer.

CO + ½ O2 → CO2

O metano é também chamado de biogás, pois pode ser produzido pela digestão anaeróbica de matéria orgânica, como lixo e esgoto, através de microorganismos chamados archaea. A altas pressões, como as encontradas no fundo dos oceanos, o metano forma um clarato sólido com a água. Uma quantidade desconhecida, mas provavelmente enorme de metano está presa no sedimento marinho nesta forma. A liberação deste metano do sedimento é sugerido como possível causa de aquecimento global em eras antigas na Terra, como há 5 milhões de anos, no período Paleoceno- Eoceno

Uma das reações do metano é a combustão, a combustão é feita em 3 etapas:

Metano forma um radical metila (CH3), que reage com o formaldeído (HCHO ou H2CO). O formaldeído reage para formar o radical (HCO), que então forma o monóxido de carbono (CO). O processo é chamado pirólise: CH4 + O2 → CO + H2 + H2O, seguindo a pirólise oxidativa, o H2 oxida, formando H2O, reabastecendo a espécie ativa, e liberando calor. Isto acontece muito rapidamente, geralmente em menos de um milissegundo: H 2+ ½ O2 → H2O, finalmente, o CO oxida-se, formando CO2 e liberando mais calor. Este processo é geralmente mais lento que o outro processo químico e precisa de alguns poucos milissegundos para acontecer: CO + ½ O2 → CO2

Existem dois tipos de fontes de gás metano, as naturais e as alternativas: a maior fonte de metano para extração são depósitos geológicos conhecidos como campos de gás natural. No entanto, as fontes de metano relacionadas com os hidratos de gás submarinos e sob as geleiras são muito maiores. Na terra a maior quantidade de metano encontra-se no manto. Ele é associado com outros hidrocarbonetos e algumas vezes acompanhado de hélio e nitrogênio. Em níveis rasos (baixa pressão) é formado decaimento anaeróbico da matéria orgânica e liberado em forma de metano em profundidades abaixo da superfície da Terra. Em geral, sedimentos que produzem gás natural são aqueles situados em camadas mais profundas e com maiores temperaturas do que aqueles sedimentos que são reservatórios de petróleo.

Recentemente, experimentos científicos tiveram vastos resultados apontando para o fato de que todas as plantas produzem metano, e que com o clima mais quente elas produzem mais. No caso de serem produzidos 600 milhões de toneladas métricas de metano ao ano, 225 desse total seriam produzidos por plantas.

Processo Antropogenico do Metano

Houwweling et al. (1999) mostra valores de emissão (Tg/a = teragrama por ano) Um pouco mais da metade das emissões são devido atividades humanas.

Global average methane concentrations from measurement (NOAA)

Origem Emissão de CH4

Massa (Tg/a) Tipo (%/a) Total (%/a)

Emissões Naturais

Zonas úmidas (incluindo cultivo de arroz irrigado) 225 83 37

Térmitas 20 7 3

Oceano 15 6 3

Hidratos 10 4 2

Natural Total 270 100 45

Emissões Antropogênicas

Energia 110 3 18

Aterros 40 12 7

Ruminantes 115 35 19

Tratamento de lixo 25 8 4 Biomassa queimada 40 12 7 Antropogênico Total 330 100 5

Sumidouros

Troposférica Hidroxila -510 -8 -85 Perda Estratosférica -40 -7 -7 Total de seqüestro -580 -100 -97

Emissões + seqüestro Balanço +20 ~2.78 Tg/ppb +7.19 ppb/a

Plantas vivas (e.g. florestas) tem sido recentemente identificadas como uma importante fonte potencial de metano. Um artigo de 2006 calculou uma emissão de 62-236 Tg a-1, e "essa recente fonte identificada pode ter importantes implicações". No entanto os autores enfatizam "nossos resultados são preliminares relação ao potencial da emissão de metano". Essas observações têm sido ditas em relação ao artigo de 2007 que encontrou "não existe evidencia de uma substancial emissão aeróbica de metano por plantas terrestres, no máximo 0,3% das previsões dos valores publicados".

Medidas atmosféricas de metano, de longa duração, realizadas pela NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration - Administração Oceânica e Atmosférica Nacional) mostrado que o incremento de metano na atmosfera tem diminuído drasticamente na última década, depois de quase triplicar por causa desde tempo préindustrial. Esta redução na taxa de incremento é devido a redução das emissões industriais e a diminuição de áreas alagadas.

Este hidrocarboneto, o gás-estufa mais importante depois do CO2, pode advir de processos naturais ou antrópicos. Geralmente tem origem em depósitos ou em processos de extração e utilização de combustíveis fósseis ou na decomposição anaeróbica de substâncias orgânicas, principalmente celulose. Seu teor atmosférico atual é superior a 1,7 mL/m3. Cento e dez anos atrás ele era de 0,9 mL/m3. Como o tempo médio de residência do CH4 na atmosfera é razoavelmente curto (cerca de dez anos), a estabilização do seu teor requer diminuição de somente 5 por cento na sua emissão. Estima-se que essa emissão atinja um total depelo menos 515 milhões de toneladas por ano. A absorção de radiação infravermelha pelo metano ocorre em uma banda de comprimento de onda ao redor de 7 m.

BANWELL, C.N. Fundamentals of molecular spectroscopy. Londres: McGraw-Hill, 1983. LUTGENS, F.K. e TARBUCK, E.J. The atmosphere. 7. ed. Upper Saddl e River: Prentice Hall, 1998. SILVERSTEIN, R.M., BASSLER, G.C. e MORRIL, T. C. Identificação Espectrométrica de Compostos Orgânicos. 3. ed. Tradução por Alencastro, R.B. de, FARIA, R.B. Rio de Janeiro: Guanabara Dois, 1979

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