PROPOSTA DE CAPACITAÇÃO DESCENTRALIZADA PROJETO BEM-ESTAR

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1 PROPOSTA DE CAPACITAÇÃO DESCENTRALIZADA PROJETO BEM-ESTAR Escola de Artes, Ciências e Humanidades São Paulo, 3 de setembro de 2009

2 Tema 1 - Poluição e saúde Professoras responsáveis: Helene Mariko Ueno e Rita Yuri Ynoue Ementa: - principais grupos de poluentes do ar, do solo e da água; - evolução: origem (fontes naturais e antropogênicas), processos de dispersão e transporte e eventuais sumidouros; - implicações destas formas de poluição sobre a saúde humana; - principais desafios a serem enfrentados do ponto de vista ambiental e da saúde humana.

3 Tema 1 - Poluição e saúde Professoras responsáveis: Helene Mariko Ueno e Rita Yuri Ynoue (ritaynoue@usp.br) Ementa: - principais grupos de poluentes do ar; - evolução: origem (fontes naturais e antropogênicas), processos de dispersão e transporte e eventuais sumidouros; - implicações destas formas de poluição sobre a saúde humana; - principais desafios a serem enfrentados do ponto de vista ambiental e da saúde humana.

4 Programação Evolução da atmosfera e de sua composição Poluição urbana: a Região Metropolitana de São Paulo Poluição regional: smog fotoquímico, deposição ácida e ilhas de calor Poluição global: Camada de ozônio e mudanças climáticas

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6 Elementos até o Ferro (Fe) são formados nas estrelas

7 Elementos mais pesados que o Fe são formados apenas com a explosão de supernovas

8 Elementos mais abundantes no Universo

9 FORMAÇÃO DO SISTEMA SOLAR

10 Elementos mais abundantes do Sol

11 FORMAÇÃO DA TERRA

12 Elementos mais abundantes na crosta da Terra

13 Composição Atmosférica de Vênus, Terra e Marte

14 A atmosfera primitiva Produzida pela emissão de gases de atividade vulcânica. Os gases emitidos por três vulcões hoje são mostrados na tabela abaixo (%): Além disso também eram emitidos N 2 e H 2 Kasting questiona emissões de NH 3 (amônia) e CH 4 (metano) Nota-se que não há emissão de O 2 (oxigênio livre) ars.html

15 Composição das águas Águas doces: HCO 3-, Ca ++, K +, Mg ++ Oceanos: Cl -, Na +

16 Empobrecimento de CO 2 na atmosfera Dióxido de carbono CHUVA Quartzo (areia) CO 2 + CaSiO 3 SiO 3 + CaCO 3 Silicato de cálcio (tipo de rocha) Carbonato de cálcio (mármore)

17 Fotossíntese A maior produção de oxigênio se deu pelo processo de fotossíntese: 6CO 2 + 6H 2 O <--> C 6 H 12 O 6 + 6O 2 Onde o dióxido de carbono e água, na presença de luz, produzem matéria orgânica e oxigênio. Inicialmente, este processo foi realizado pelas cianobactérias (microorganismos que têm estrutura celular que corresponde a célula de uma bactéria. São fotossintetizadoras, apresentando fotossistemas, mas sem estar organizados em cloroplastos, como as plantas). fotossíntese grande consumo de CO 2 da atmosfera e liberação de O 2 em quantidade (primeiro lixo da biosfera)

18 Acumulação de oxigênio produzido

19 Evolução da Composição da atmosfera terrestre CO 2 N 2 (78%) N 2 O 2 (20%) H 2 O CO 2 caráter ácido e redutor caráter oxidante

20 Elementos mais abundantes na crosta, oceano e plantas

21 Quais os elementos presentes na atmosfera? Nitrogênio Oxigênio Carbono Hidrogênio Enxofre Gases Nobres: He, Ne, Ar

22 Composição média da Atmosfera CH 3 OOH 700 Nitrogênio Oxigênio H 2 O Argonio 78% 20% 1% CO 2 Ne He (5) CH 4 (1.8) ppm H 2 N 2 O 310 CO Ozônio ppb H 2 O Etano HCHO 300 HNO SO 2 NO x outros 500 NH ppt

23 E quais os principais elementos dos seres vivos? CICLOS BIOGEOQUÍMICOS (CICLAGEM DE NUTRIENTES) Nutrientes = elementos essenciais aos seres vivos Fertilizantes: N, P, S, K

24 Ciclo da água

25 Ciclo do Carbono

26 Ciclo do Nitrogênio

27 O ciclo do Enxofre

28 Homo erectus...

29 Evolução do impacto ambiental ao longo dos anos Época Consumo de Principais fontes Uso Impacto ambiental energia diário per capita (kcals) AC Alimentos; força Vida diária Mínimo humana AC Alimentos; fogo; ferramentas simples AC Animais; agricultura DC Vento, água, carvão, moinhos, roda d água DC Carvão, máquinas a vapor DC Combustíveis fósseis, energia nuclear, combustão interna em máquinas, eletricidade Aquecimento; cozimento de alimentos; caça Transportes; agricultura; construção Operações mecânicas; bombas de água; serralherias; moagem de grãos; transporte Operações mecânicas; processos industriais; transporte Operações mecânias; processos industriais; transporte; desenvolvimento social e cultural Local e pequeno; principalmente destruição da vegetação e redução da população de animais Local e grande; principalmente em centros de agricultura (Egito, Mesopotâmia); vegetação nativa cede lugar a culturas; ambiente aquático modificado; início da degradação dos solos Local, grande e permanente; vegetação natural removida; poluição urbana Local, regional e grande; começamas maiores mudanças na paisagem; poluição do ar e da água comuns em áreas industriais Local; regional e global; permanente e talvez irreversíveis deteriorações do ar, solo e água em escala global; chuva ácida; efeito estufa; buraco de ozônio; aumento da turbidez atmosférica

30 Combustão Idealmente Combustível + ar > CO 2 + H 2 O + calor Realidade Combustível + ar > CO 2 + H 2 O + calor + NOx + SO 2 + CO + Partículas + + combustível não queimado (hidrocarbonetos) + COVs (compostos orgânicos voláteis)

31 Interferência das atividades humanas sobre os ciclos biogeoquímicos

32 O que é poluição? Difícil de se definir uma vez que vários poluentes, em baixas concentrações são nutrientes essenciais para o desenvolvimento de ecossistemas.

33 Definição de poluente atmosférico Poluente: qualquer substância presente no ar e que pela sua concentração possa torná-lo impróprio, nocivo ou ofensivo à saúde, inconveniente ao bem-estar público, danoso aos materiais, à fauna e à flora ou prejudicial à segurança, ao uso e gozo da propriedade e às atividades normais da comunidade. Existe poluição do ar quando a presença de uma substância estranha ou a variação significativa na proporção dos seus constituintes é suscetível de provocar doenças

34 Aspectos Gerais A maior parte dos compostos considerados poluentes atmosféricos tem origem tanto natural quanto antropogênica. A poluição atmosférica não é um fenômeno recente: na época medieval, a queima de carvão era proibida em Londres, enquanto o Parlamento estava em sessão. A intensidade dos problemas de poluição do ar, no entanto teve um aumento dramático devido ao aumento de emissões desde a Revolução Industrial

35 Poluição local Problemas de poluição do ar noticiados no século XIX e início do século XX eram basicamente locais, concentrados ao redor de centros industriais ou grandes cidades.

36 Smog sulfuroso O episódio de poluição atmosférica em Londres, 1952: relação entre concentração de fumaça e óbitos

37 Episódio de poluição atmosférica em Londres, 1962: confirmado a presença de aerossóis contendo sais de sulfato e ácido sulfúrico

38 Smog de Los Angeles No final da década de 1940, um novo fenômeno de poluição do ar começou a ser observado na área de Los Angeles, EUA. Diferentemente do smog de Londres, o ar ambiente continha poluentes extremamente oxidantes e os eventos ocorriam em dias quentes com muita incidência de radiação solar.

39 smog = smoke + fog (poeira + neblina) Poluição urbana Queima de carvão (Revolução industrial) smog sulfuroso ou londrino Queima de combustíveis fosseis (veículos) smog fotoquímico ou de Los-Angeles

40 smog industrial (cinzento) Fog ou ar úmido SO 2 e MP originados da queima de carvão a luz solar óxidos de nitrogênio e compostos orgânicos voláteis smog fotoquímico (castanho) b a) smog industrial, ou smog cinza, ocorre quando carvão é queimado e a atmosfera está úmida (ex. Londres); b) smog fotoquímico, ou fumaça castanha, ocorre em presença de luz solar agindo sobre poluentes veiculares (ex. Los Angeles e São Paulo).

41 Smog na Cidade do México, devido localização geográfica e tráfego veicular. Donora, Pensilvânia - em outubro de 1944 foi cenário de um grande desastre de poluição de ar.

42 Smog fotoquímico Smog fotoquímico em São Paulo (~1990). O gás de cor castanha, NO 2, é formado quando o NO, que é um gás incolor, reage com o oxigênio do ar. (P.W. Atkins, Atoms, Electrons, and Change, 1991)

43 hν O 3 ozônio hν O oxigênio atômico H 2 O SMOG FOTOQUÍMICO Poluentes secundários O 3, H 2 O 2 NO 2 HO. Radical hidroxila NO 2 HNO 3 NO CO, O 2 CO 2 HO 2. SO 2, O 2 SO 3 H 2 O H 2 SO 4 O 2 HO 2. H 2 O 2 peróxido de hidrogênio SO 2 H 2 SO 4 Poluentes primários NO NO 2 SO 2 COVs Partículas H 2 O 2 HNO 3 Ácidos carboxílicos Íons solúveis Processos e reações em atmosfera urbana poluída.

44 Poluição regional Efeitos da poluição atmosférica foram detectados em escalas regionais (>500 km), continentais e globais apenas a partir da segunda metade do século XX. Na década de 1960, efeitos regionais a continentais da deposição ácida (chuva ácida) começaram a ser observados. Começaram a ser reportandos também episódios de smog fotoquímico em grandes cidades dos EUA, como Los Angeles, e da Europa.

45 Deposição ácida A observação da deposição ácida, mais comumente conhecida como chuva ácida também tem um longo histórico. Na Inglaterra e Suécia, a presença de compostos de enxofre e ácidos no ar e chuva já eram conhecidos no século XVIII. Robert Angus Smith analisou a chuva perto da cidade de Manchester e identificou 3 áreas: that with carbonate of ammonia in the fields at a distance, that with sulfate of ammonia in the suburbs and that with sulphuric acid or acid sulphate, in the town. Em seu livro: Air and Rain: The Beginnings of a Chemical Climatology (1872), Smith cunhou o termo chuva ácida e descreveu vários dos fatores envolvidos como queima de carvão e quantidade e freqüência da precipitação.

46 Precursores da Deposição Ácida Poluição atmosférica industrial, especialmente produtos da combustão dióxido de enxofre (SO 2 ) óxidos de nitrogênio (NO x ) Transporte atmosférico Os impactos podem ocorrer distantes das fontes de emissão

47 ph Natural da Chuva A chuva naturalmente tem um ph de 5.6 devido ao CO 2 A acidez da chuva é importante para processos como o intemperismo de rochas

48 Fatores de Emissão de Usinas Térmicas Carvão Óleo Gás Natural Partículas 1,28 g/mj 0,07 g/mj 0,00042 g/mj SO 2 1,45 g/mj 0,91 g/mj 0,00025 g/mj NO x 0,43 g/mj 0,19 g/mj 0,22977 g/mj CO 0,01 g/mj 0,01 g/mj 0,01671 g/mj

49 Efeitos da deposição ácida: materiais e florestas

50 Efeitos da deposição ácida Deterioração de mármore - Herten, Alemanha.

51 Poluição global O efeito em dimensões globais, tais como a destruição da camada de ozônio, começou a ser estudado no período de , quando se revelou que a destruição da camada de ozônio levava a uma maior incidência de raios UV. A partir da década de 1990, estudos de poluição do ar tendo como foco o aumento de substâncias que alteram o balanço radiativo da Terra e suas conseqüências climáticas começaram a receber maior atenção.

52 Efeitos dos poluentes atmosféricos para escalas espaciais diferentes <

53 URBANIZAÇÃO e INDUSTRIALIZAÇÃO Poluentes atmosféricos: O 3 (ozônio) SO 2 (dióxido de enxofre) CO (monóxido de carbono) MP (material particulado) NO x (NO + NO 2, óxidos de nitrogênio)

54 Século XX Crescimento das Mega-cidades

55 Ar limpo X Ar contaminado POLUENTE SO 2 CO CONCENTRAÇÃO (ppb) AR LIMPO AR CONTAMINADO NO 0,01 0, NO 2 0,1-0, O

56 Poluição atmosférica em centros urbanos Região Metropolitana de São Paulo

57 CETESB, 2006 Localização das estações da rede automática

58 Parâmetros Monitorados na Rede Automática da Cetesb Relatório de Qualidade do Ar no Estado de São Paulo Cetesb

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60 Índice de Qualidade do Ar

61 Emissões Relativas de Poluentes por Tipo de Fontes Relatório de Qualidade do Ar no Estado de São Paulo Cetesb

62 Tempo de Residência O tempo de residência nos diz em média quanto tempo uma mólecula permanecerá na atmosfera antes de ser removida. Cálculos de tempo de residência podem ser utilizados para se estimar a distância da fonte que uma espécie percorrerá antes de ser removida da atmosfera.

63 Tempos de residência Composto SO 2 N 2 O NOx CO MP CO 2 CH 4 Tempo de residência ~ 2 dias ~120 anos ~1 dia ~1 a 3 meses Alguns dias a algumas semanas ~200 anos ~10 anos

64 Tempo de mistura Tempo necessário para se obter uma mistura homogênea de uma espécie num certo volume de ar Tempo de mistura vertical na troposfera: tempo necessário para que se obter uma mistura homogênea de uma espécie entre a superfície e a tropopausa (~1 semana) Tempo de mistura horizontal na troposfera: tempo necessário para se obter uma mistura homogênea de uma espécie em toda a troposfera ao redor do globo terrestre (~1 ano)

65 PROCESSO DE POLUIÇÃO ATMOSFÉRICA Os fatores que determinam o nível da poluição do ar podem ser divididos em três segmentos: (1) emissão de poluentes para a atmosfera; (2) transporte, diluição e modificação química ou física dos poluentes na atmosfera; (3) Remoção dos poluentes

66 Meteorologia Transporte Escalas de Movimento Os fenômenos meteorológicos que atuam no processo de dispersão o fazem obedecendo a uma seqüência de escalas de movimento em função da dinâmica da atmosfera Escala Sinótica Mesoescala Microescala

67 Escalas de Movimento Escala Sinótica A essa escala estão associados os movimentos do ar resultantes da circulação geral da atmosfera, interagindo com as massas de ar, isto é, os sistemas frontais, os anticiclones (altas pressões) e as baixas pressões na troposfera, tendo extensão horizontal que varia entre 100 a km. Os efeitos dessa escala sobre a poluição podem ser classificados de duas formas: a condição favorável à dispersão (baixas pressões, frentes) e a condição desfavorável à dispersão (altas pressões estacionárias no inverno e as inversões térmicas que inibem a dispersão vertical, reduzindo a velocidade do vento e aumentando as horas de calmaria)

68 Escalas de Movimento Mesoescala São os movimentos que incluem as brisas marítima e terrestre, circulação dentro de vales e os fenômenos do efeito de ilhas de calor. Os fenômenos dessa escala que influenciam a qualidade do ar local são variações diurnas da estabilidade atmosférica e a topografia regional. A extensão horizontal dessa escala é da ordem de 100 km e na vertical é de dezenas de metros até 1 km acima do solo. Os fenômenos que ocorrem dentro dessa camada tem importância fundamental nos processos de transporte e dispersão sobre as emissões das fontes poluidoras. Os principais parâmetros meteorológicos que atuam nesse processo são as inversões térmicas de baixa altitude, a variação diária da altura da mistura e a taxa de ventilação horizontal dentro dessa camada.

69 Escalas de Movimento Microescala Incluem os movimentos resultantes dos efeitos aerodinâmicos das edificações das cidades e dos parques industriais, rugosidade das superfícies e a cobertura vegetal de diversos tipos de solo. Esses movimentos são responsáveis pelo transporte e difusão dos poluentes em um raio horizontal inferior a 10 km e entre 100 e 500 metros na vertical acima do solo. Nesses casos, a turbulência atmosférica, gerada por diversos pequenos obstáculos, é importante na verdadeira trajetória das plumas emitidas pelas fontes industriais, uma vez que a direção e a velocidade do vento são totalmente dominadas pelas características topográficas e regionais em torno da fonte.

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71 Tempo de Residência Microescala Escala Urbana ou Local Regional ou Mesoescala Sinótica ou Escala Global 100 anos 10 anos Escala Temporal 1 ano 1 dia 1 h 10 s 1 s 1 m Espécies de vida curta NO 3 Espécies de vida moderadamente longa NO X C 3 H 6 CH O 3 2 HO 2 C H 5 8 DMS SO 2 H 2 O 2 OH 10 m 100 m 1 km 10 km 100 km 1000 km km Escala Espacial CO Aerosóis O Trop. 3 Espécies de vida longa CH 4 CH CCl 3 3 CH Br 3 CFCs N O 2 Tempo de mistura inter-hemisférico Tempo de mistura intra-hemisférico Tempo de mistura de camada limite

72 Bibliografia Kasting, 1993: Earth s early atmosphere, Science, 12 fevereiro Suguio e Suzuki, 2003: A evolucão geológica da Terra e a fragilidade da vida. rent/lectures/first_billion_years/first_billion_years.html rent/lectures/samson/evolution_atm/index.html#evoluti on CETESB: Relatório da Qualidade do Ar

73 Bibliografia C. Baird. Química Ambiental, 2a.ed., Bookman, Porto Alegre, J.C. Rocha, A.H. Rosa, A.A. Cardoso, Introdução à Química Ambiental, Bookman, Porto Alegre, Brasseur, G.P., Orlando, J.J., Tyndall, G.S., Atmospheric Chemistry and Global Change, Oxford University Press, New York, J.H. Seinfeld e S. N. Pandis, "Atmospheric Chemistry and Physics: from air pollution to climate change", John Wiley & Sons, New York, (Associação Brasileira de Entidades Estaduais de Meio Ambiente)

74 Bibliografia Rezende, 2003: A importância da compreensão dos ciclos biogeoquímicos para o desenvolvimento sustentável. Murgel Branco e Murgel, 2001: Poluição do Ar.

75 Para saber mais: hlorofluorocarbons_(nobel_lecture)