São José dos Campos - SP, São José dos Campos SP,
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- Maria Antonieta Estrada Bayer
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1 A RELAÇÃO DO OZÔNIO COM OS PARÂMETROS METEOROLÓGICOS NA CIDADE DE SÃO JOSÉ DOS CAMPOS PARA OS MESES DE EXTREMOS DE TEMPERATURA NOS ANOS DE 2013 E Carolina Ribeiro 1,Aline Santos 2, Raíssa Teixeira 3, Karina Antunes 4, Ana Carolina Gambale 5, Alessandra Pacini 6 1 Universidade do Vale do Paraíba/Engenharia Ambiental e Sanitária, Av. Shishima Hifumi, Urbanova- São José dos Campos - SP, carol15_souza@hotmail.com 2 Universidade do Vale do Paraíba/Engenharia Ambiental e Sanitária, Av. Shishima Hifumi, Urbanova- São José dos Campos SP, alineads011@gmail.com 3 Universidade do Vale do Paraíba/Engenharia Ambiental e Sanitária, Av. Shishima Hifumi, Urbanova- São José dos Campos SP, raissa.teixeira@hotmail.com 4 Universidade do Vale do Paraíba/Engenharia Ambiental e Sanitária, Av. Shishima Hifumi, Urbanova- São José dos Campos SP, karina_4592@hotmail.com 5 Universidade do Vale do Paraíba/Engenharia Ambiental e Sanitária, Av. Shishima Hifumi, Urbanova- São José dos Campos SP, carol2430@gmail.com 6 Universidade do Vale do Paraíba/ FEAU, IP&D, Av. Shishima Hifumi, Urbanova- São José dos Campos SP, pacini@univap.br Resumo- O estudo tem como finalidade de estudar as relações do gás ozônio (O 3 ) com os dados meteorológicos de temperatura, umidade relativa do ar e velocidade do vento. As análises foram realizadas através dos dados citados acima, fornecidos pela Companhia Ambiental do Estado de São Paulo (CETESB), sendo as médias horárias dos meses de fevereiro e julho, dos anos de 2013 e Os meses foram selecionados devido ao seu destaque de temperatura máxima e mínima considerando suas estações e a concentração de ozônio. A comparação entre os dois anos mostra a diferença dos parâmetros meteorológicos e sua influência em relação ao gás selecionado. Palavras-chave: Ozônio; Atmosfera; Qualidade do ar; Parâmetros meteorológicos. Área do Conhecimento: Engenharia Ambiental e Sanitária. Introdução A poluição do ar é responsável por alterações das propriedades físicas, químicas ou biológicas da atmosfera, podendo causar danos à saúde humana, flora, fauna, aos ecossistemas em geral, aos materiais e afetar as atividades da população ou o seu bem estar (STERN et al, 1984). Essa problemática tornou-se mundial e obteve destaque na mídia de forma geral desde a Revolução Industrial, que teve início no século XVIII. Esta é uma questão mais frequente em áreas urbanas onde existe a presença de edificações e maior número de fontes poluidoras. Portanto tornase necessária a verificação do nível de exposição dos poluentes que uma população está submetida. Para isso, existe um nível de referência para diferenciação entre uma atmosfera poluída e uma não poluída, denominado Padrão de Qualidade do Ar. Esses padrões, no Brasil, foram estabelecidos pela primeira vez, em 1976, baseados em padrões internacionais e em recomendações da Organização Mundial da Saúde (OMS). Depois foram substituídos em 1990 pela Resolução CONAMA n 03 que estabeleceu novos padrões, ainda em vigor. Porém, para referência neste trabalho, foram considerados os novos padrões estaduais de qualidade do ar estabelecidos para o Estado de São Paulo pelo Decreto Estadual n , de 23/04/2013, que ainda assim utilizam como base as diretrizes estabelecidas pela OMS (CETESB, 2015). De forma geral, o grupo de poluentes consagrados universalmente como indicadores da qualidade do ar é composto por monóxido de carbono (CO), dióxido de enxofre (SO 2 ), material particulado (MP 10 ), ozônio (O 3 ) e dióxido de nitrogênio (NO 2 ). A razão da escolha desses parâmetros como indicadores de qualidade do ar está ligada à sua maior frequência de ocorrência e aos efeitos adversos que causam à saúde do ser humano e ao meio ambiente (CETESB, 2015). Dentre os poluentes medidos todos os dias está o ozônio (O 3 ), que tem como padrão o nível de 1
2 160 µg/m 3 (CARVALHO, et al, 2002.). Os poluentes lançados na atmosfera sofrem os efeitos de processos complexos, que determinam a concentração do poluente no tempo e no espaço. Dessa forma, a mesma emissão, sob as mesmas condições de lançamento no ar, pode produzir concentrações diferentes no mesmo lugar. Nesse sentido, exercem papel fundamental a topografia e as condições meteorológicas presentes (velocidade e direção dos ventos, umidade do ar, entre outros), que se alteram de modo significativo nas várias regiões do estado de São Paulo (CETESB, 2015). Fundos de vales, por exemplo, são locais propícios para o aprisionamento dos poluentes, principalmente quando ocorrem inversões térmicas. As emissões veiculares desempenham um papel de destaque nos níveis de poluição do ar dos grandes centros urbanos, ao passo que as emissões industriais afetam significativamente a qualidade do ar em regiões mais específicas. Considerando esses aspectos, o presente estudo visa entender a dependência da concentração do O 3 com os parâmetros meteorológicos no inverno e verão, dos anos de 2013 e O poluente objeto deste estudo é de grande conhecimento do público, devido à importância de sua redução na camada estratosférica (CARVALHO et al., 2002.); a molécula de O 3 apresenta geometria triangular e, em condições normais de temperatura e pressão, é um gás inalável, de odor irritante característico e moderadamente solúvel em água (SANTANA, 2005); é agente com grande poder oxidante e tem grande relação e dependência da ação da luz solar e de oxidações fotoquímicas, dentre outros fatores. Sua produção é natural na estratosfera, advinda da ação fotoquímica dos raios ultravioleta (UV) sobre as moléculas de oxigênio. Os raios UV têm intensidade suficiente para separar os dois átomos que compõem a molécula de O 2, denominada oxigênio atômico. A produção do ozônio na troposfera acontece posteriormente, sendo resultado da reação de um átomo de oxigênio e uma molécula de O₂ na presença de um catalisador. Há um aumento progressivo dos níveis de ozônio troposférico, e de acordo com a Associação Americana de Higiene Industrial (AIHA), o ser humano pode ser exposto por um período de 8 horas, para uma concentração de O 3 em torno de 0,1 ppm (partícula por minuto). Sendo este um valor muito superior as concentrações nas quais o ozônio pode ser detectado pelo olfato (entre 0,01 e 0,04 ppm), (SANTANA, 2005). As consequências diretas da exposição da população a altas concentrações deste poluente, próximo a superfície, são irritação nos olhos e nas vias respiratórias, entre outros danos à vida em geral (CARVALHO et al., 2002.). A formação do ozônio na troposfera se dá basicamente através das seguintes reações: NO 2 + hν O + NO O + O 2 O 3 Radiação UV O átomo de oxigênio atômico também pode ser fornecido através da fotólise do ozônio na troposfera (O 3 +hv O + O 2 ) (onde hv é a energia fóton), processo de degradação de moléculas orgânicas por meio da radiação luminosa, ou radiação UV (SOUZA, 2010). O ozônio absorve radiação com comprimento de onda variando entre 200nm e 300nm. É este comprimento que corresponde à faixa do espectro da radiação ultravioleta, que determinará se o átomo de oxigênio produzido estará no estado fundamental ou no estado excitado. Como pode ser observado nas equações, os óxidos de nitrogênio são fundamentais para a química do ozônio troposférico. A formação do NO ocorre quando oxigênio ou o ar, a altas temperaturas, são utilizados nos processos de combustão (N 2 + O 2 2 NO). Como para a formação do ozônio é imprescindível radiação ultravioleta e sendo alguns precursores bastante dependentes de altas temperaturas, geralmente as concentrações máximas tendem a ocorrer nos meses de verão, principalmente, em países localizados nas latitudes médias.em geral, as concentrações de O 3 aumentarão quando o fluxo de raios UV for máximo, com poucas nuvens, e o volume de ar em que os precursores são misturados e transportados, é limitado (CARVALHO et al., 2002.). Metodologia Todos os dados de Qualidade do Ar e Parâmetros Meteorológicos utilizados neste estudo foram captados pela Estação Automática de São José dos Campos, tendo sua localização melhor representada pelas coordenadas geográficas latitude sul: ,509 / longitude oeste: ,135, com altitude média de 600 metros acima do nível do mar. A estação faz parte da rede de monitoramento do Estado de São Paulo, e após captados, os dados são disponibilizados à população no site da Companhia Ambiental do Estado de São Paulo (CETESB). Os poluentes captados pela estação são: Dióxido de Enxofre 2
3 (SO 2 ), Dióxido de Nitrogênio (NO 2 ), Material Particulado Inalável-diâmetro 10 (MP10), Monóxido de Carbono (CO) e Ozônio (O 3 ) em µg/m. E os Parâmetros Meteorológicos registrados são: Velocidade do Vento (m/s), Direção do Vento, Temperatura ( C) e Umidade Relativa do ar (%). A partir da base de dados disponíveis, foram feitas as médias horárias mensais, que permitiram a identificação dos meses com extremos de temperatura nestes anos: fevereiro, mais quente (Figura 1); e julho, mais frio (Figura 2). Figura 2: Variabilidade dos parâmetros meteorológicos (Temperatura [ºC], Umidade Relativa do Ar [%] e Velocidade do Vento [m/s]) ao longo do dia, com o padrão médio identificado (tracejado em preto) para o mês mais frio. Nas figuras 3 e 4 é possível observar a concentração de Ozônio (µg/m 3 ) variando ao longo do dia para os meses estudados (o mais quente representado na Figura 3 e o mais frio na Figura 4), com o padrão médio também determinado. Figura 1: Variabilidade dos parâmetros meteorológicos (Temperatura [ºC], Umidade Relativa do Ar [%] e Velocidade do Vento [m/s]) ao longo do dia, com o padrão médio identificado (tracejado em preto) para o mês mais quente. Figura 3: Concentração de Ozônio (µg/m 3 ) variando ao longo do dia para o mês mais quente. 3
4 temperatura ambiente, a concentração do poluente de forma geral foi maior em 2014, no qual foram observadas as temperaturas mais elevadas do período analisado. Os horários dos picos de concentração do poluente explicam-se devido a maior reação fotoquímica no período. Discussão Figura 4: Concentração de Ozônio (µg/m 3 ) variando ao longo do dia para o mês mais frio. Observou-se um comportamento similar entre os dois anos em relação à dispersão do poluente. Fato já esperado, pois essa baixa concentração é natural tratando-se de um período em que a atmosfera se encontra mais nebulosa, dificultando a movimentação. As figuras 5 e 6 apresentam as correlações entre O 3 e os parâmetros meteorológicos (mês mais quente representado pela Figura 5 e mês mais frio pela Figura 6). Resultados Foi observado nas Figuras 1 e 2 que o mês de fevereiro de 2014 foi mais quente e seco em comparação com o ano de 2013, sendo nos dois gráficos apresentados o horário mais quente, à aproximadamente, quinze horas (15h); e o horário mais frio, à aproximadamente zero horas (0h). A umidade apresentou-se muito mais baixa para um mês que é típico de verão, o que mostra a anormalidade do ano. Já a velocidade do vento não apresentou alterações relevantes entre os anos verificados. O mês de julho de 2014 apresentou temperaturas mais elevadas que as esperadas para o inverno, em relação a A umidade foi mais baixa, porém, manteve-se próxima do verificado no ano anterior e para o mês em questão, em que o esperado era um clima mais seco. Nas Figuras 3 e 4 pôde-se observar que o Ozônio teve maior concentração entre meio dia (12h) e dezessete horas (17h), possuindo um pico às quinze horas (15h) aproximadamente. Tornando fácil a visualização da dispersão do ozônio no período vespertino (após às dezessetes horas), período em que a atmosfera está mais turbulenta, favorecendo a dispersão do poluente. Como a reação de formação do ozônio troposférico é diretamente dependente da Figura 5: Correlações entre O 3 e os parâmetros meteorológicos para o mês mais quente. 4
5 Figura 6: Correlações entre O 3 e os parâmetros meteorológicos para o mês mais frio. Observa-se que, a concentração de Ozônio apresentou uma correlação positiva com a temperatura (no primeiro gráfico das Figuras 5 e 6). Porém, no mês de fevereiro, fica evidente a existência de uma temperatura limite de 40 graus Celsius, acima da qual a concentração de ozônio não mais depende linearmente da temperatura. Em relação à umidade relativa do ar, foi possível visualizar que o ano de 2014 foi atípico, pois, sendo fevereiro um mês que deveria apresentar maior UR em função de ser um mês mais chuvoso e, portanto, mais úmido, mostrou-se relativamente seco. Comparado a 2013 (pontos azuis nos gráficos das Figuras 5 e 6), com suas concentrações de Ozônio acima da linha de ajuste (linha preta). Para velocidade do vento, não é possível afirmar nenhuma relação com as concentrações de ozônio através dessas análises. Conclusão Conforme citado no relatório anual da CETESB, foi nítido e facilmente observado que o ano de 2014 foi meteorologicamente anômalo. Os resultados apresentados aqui mostraram que houve uma concentração maior de Ozônio neste ano, pois as temperaturas em 2014 foram mais elevadas que em 2013, o que justifica a maior produção do poluente, consequência da atividade fotoquímica. Outro fator que mostrou a atipicidade do ano de 2014 foi a baixa umidade relativa do ar para os dois períodos estudados, com destaque para o mês de fevereiro, período em que espera-se maior precipitação e consequentemente uma maior umidade por característica da estação, porém obteve-se um mês com baixa pluviosidade e baixa umidade relativa do ar comparada à anos típicos. Em relação ao vento, a dispersão do poluente foi maior em fevereiro pois, de acordo com os parâmetros meteorológicos e a própria estação, a ocorrência de ventos mais fortes contribui para a dispersão do O 3. O estudo da variabilidade sazonal e diurna do ozônio é de extrema importância para que medidas de prevenção de eventos extremos sejam adequadamente aplicadas, considerando-se os picos naturais da concentração deste poluente atmosférico. As anomalias climáticas registradas em 2014, não se restringiram somente a este ano, sendo que o período de seca extrema que, atualmente (2015), o estado de São Paulo enfrenta tem provável relação com os parâmetros meteorológicos analisados. Referências - AMARO, Tatiana Rocha; JORGE, Maria Paulete Martins Pereira. Concentrações de carbono elementar e ozônio na atmosfera de São José dos Campos. Relatório final de projeto de iniciação científica (PIBIC/CNPq/INPE), Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais, São José dos Campos. - CARVALHO, Vanessa Silveira Barreto; CATALDI, Márcio; CAVALCANTI, Paulina Maria Porto Silva; MELLO, Rodrigo; PIMENTEL, Luiz Cláudio Gomes. Avaliação da concentração do ozônio e de seus precursores na RMRJ e correlação deste com variáveis meteorológicas durante o ano de 2002, Centro e Jacarepaguá (Município do Rio de Janeiro) e no Município de Nova Iguaçu (Baixada Fluminense), CETESB. Relatório de Qualidade do Ar no Estado de São Paulo, São José dos Campos, C- ETESB. Relatório de Qualidade do Ar no Estado de São Paulo, São José dos Campos, DAMILANO, Daniela Cristina Rezende. Estudo da influência da poluição atmosférica e das condições 5
6 meteorológicas na saúde em São José dos Campos. Relatório final de projeto de iniciação científica (PIBIC/CNPq/INPE), Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais, São José dos Campos, julho JASINSKi, Vanessa Pereira; MALHEIROS, André Luciano; MENDES, Maria Alessandra. A qualidade do ar na região central de Curitiba, município de Curitiba, 2009 e JORGE, Maria Paulete Pereira Martins. Estudo da influência da poluição atmosférica e das condições meteorológicas na saúde em São José dos Campos. Relatório final de projeto de iniciação científica (PIBIC/CNPq/INPE), Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais, São José dos Campos, julho SANTANA, Mário Henrique Palis. Produção eletroquímica de ozônio: Investigação de aspetos fundamentais e práticos f. Tese (doutorado em ciências, Área: Química) Faculdade de Filosofia, Ciências e Letras de Ribeirão Preto, Universidade de São Paulo, Ribeirão Preto, SOUZA, Sueli Farias. Preparação de óxidos de zinco e avaliação da atividade fotocatalítica na degradação de azul de bromofenol f. Dissertação (Mestrado de Ciência e Tecnologia Ambiental ) - Universidade Estadual da Paraíba. 6
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