OZÔNIO E DINÂMICA ATMOSFÉRICA: UMA ANÁLISE GEOGRÁFICA

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1 OZÔNIO E DINÂMICA ATMOSFÉRICA: UMA ANÁLISE GEOGRÁFICA Iára Regina Nocentini ANDRÉ João Afonso ZAVATTINI Introdução O ozônio é um gás minoritário na atmosfera e está presente na troposfera e na estratosfera. O ozônio troposférico é um gás poluente e na baixa estratosfera é considerado um filtro natural para o planeta, já que faz a interceptação dos raios ultravioleta prejudiciais aos seres vivos. Segundo CONTI (1996),...a natureza, sendo um grande conjunto de elementos, expressa, também, hierarquização de processos. A radiação solar e sua absorção parcial e diferencial pela atmosfera, dinamiza todo o sistema, definindo, primeiramente, as condições do tempo e do clima e, em seguida as características biogeográficas, os fenômenos geomorfológicos, hidrológicos e até as condições do subsolo (p. 6). Desde o século XIX, várias pesquisas foram realizadas sobre o ozônio atmosférico, de acordo com André (2001; 2002). Craig (1950) afirma que inúmeras investigações aconteceram e embora fossem observações feitas principalmente à superfície, possibilitaram muitas conclusões importantes sobre a distribuição geográfica da concentração de ozônio estratosférico. Por se tratar de um tema que envolveu uma bibliografia específica e muito extensa em idioma estrangeiro, a busca bibliográfica para a realização deste trabalho foi exaustiva. Primeiramente, os trabalhos encontrados na pesquisa bibliográfica eram escritos em sua maioria por físicos, químicos e geofísicos, e suas preocupações estavam na concentração do ozônio e, especificamente no seu potencial reativo. Portanto, é de suma importância ressaltar a dificuldade encontrada em transpor essas pesquisas para uma linguagem geográfica. Os textos específicos são extremamente complexos e exigem um conhecimento amplo e aprofundado dos conceitos e fundamentos da Física e Química. Além disso, existem divergências com conceitos, terminologia e nomenclaturas, entre as diferentes áreas da ciência. Nos estudos referentes ao gás ozônio realizados por físicos, químicos, geofísicos e meteorologistas, os valores das concentrações e os processos físico-químicos desse gás são relevantes e apresentam análises baseadas em cálculos específicos. Diante dessa dificuldade, muitos esforços foram empregados na tentativa de avaliar o ritmo da concentração do ozônio associado à dinâmica atmosférica, no início dessa pesquisa, mais especificamente entre os anos de 1996 a Somente no final de 1999, foi possível o acesso a duas publicações raras, escritas por Dobson (1968a, 1968b), que é considerado o maior pesquisador do ozônio até o momento e, então, houve a confirmação das hipóteses dessa pesquisa.

2 28 Lúcia Helena de O. Gerardi e Iandara Alves Mendes (org.) O meteorologista G. M. B. Dobson descobriu, na década de 1920, as relações entre a concentração de ozônio estratosférico e os sistemas atmosféricos. Esse pesquisador conseguiu avaliar as variações do ozônio atmosférico em diversas localidades do planeta e comprovar uma correlação negativa entre os sistemas de pressão e a concentração de ozônio (a concentração do ozônio é menor nos centros de alta pressão e maior nos centros de baixa pressão). Este pesquisador conseguiu aperfeiçoar um instrumento capaz de determinar com muita precisão a concentração do ozônio. Assim, em sua homenagem, a unidade de medição de ozônio é denominada Unidade de Dobson (Figura 1). Figura 1 Unidade de Dobson A liberação de compostos químicos artificiais (CFCs clorofluorcarbonetos) despertou a comunidade científica para a possibilidade da redução na concentração de ozônio estratosférico desde a década de 1970 (MOLINA and ROWLAND, 1974). Este período foi caracterizado por inúmeras pesquisas que buscavam o conhecimento das propriedades físicas e químicas do gás ozônio, conforme André (2002). Farman et al. (1985) analisaram a série de dados registrados na estação de Halley (75 S, 26 W) e afirmou haver uma redução da concentração do ozônio no período da primavera. Esta diminuição sazonal foi denominada de buraco na camada de ozônio. Fatores naturais como erupções vulcânicas e variações no ciclo solar são relevantes na redução da camada de ozônio, porém é comprovado que a ação antropogênica pode potencializar a redução desta camada, já que os compostos químicos são utilizados em grande escala pelas indústrias. Neste contexto, ocorre a cada primavera o buraco da camada de ozônio na Antártida

3 Do Natural, do Social e de suas Interações: visões geográficas 29 e, com o passar dos anos, são registrados valores cada vez mais baixos na concentração deste gás nesse continente. Não acreditava-se que a redução na camada de ozônio no continente antártico provocaria interferências em outras regiões do planeta; entretanto, os efeitos dessa redução demonstraram causar perturbações nas médias e altas latitudes do Hemisfério Sul em função da dinâmica atmosférica. Kirchoff et al. (1996) observaram uma redução do ozônio na estratosfera sobre a região de Santa Maria (29 S, 53 W), no período de 18 a 26 de outubro de Esta redução era uma interferência indireta da redução da camada de ozônio na Antártida. É necessário ressaltar que este foi o primeiro evento analisado nas médias latitudes da América do Sul. O presente estudo procurou analisar o comportamento do ozônio estratosférico na América do Sul e parte ocidental da Antártida apontando as possíveis interferências do buraco na camada de ozônio nestas latitudes em função da dinâmica atmosférica. As pesquisas com enfoque geográfico sobre o comportamento do ozônio estratosférico na América do Sul e Antártida são fundamentais para o entendimento da variabilidade da camada de ozônio no Hemisfério Sul. A Camada de Ozônio e a Circulação Atmosférica Existem evidências da redução da concentração de ozônio estratosférico em todo o planeta, porém o termo buraco na camada de ozônio muitas vezes é utilizado de forma imprópria, já que esse fenômeno está relacionado à redução desta camada sobre a região antártica (PARSON, 1997). O buraco na camada de ozônio pode ser definido como a região estratosférica antártica, no período da primavera, que apresenta valores de concentração de ozônio abaixo de 200 UD, ou ainda, que apresenta reduções em 2/3 dos valores da concentração habitual (PARSON, op cit). O processo de formação, expansão e dissipação do buraco na camada de ozônio está diretamente relacionado à dinâmica do vórtice polar antártico. O vórtice polar antártico ocorre no período correspondente à noite polar, atuando nas altas latitudes, com ventos de altíssima velocidade (figura 2). Este vórtice gira rapidamente sobre o pólo, em especial no outono e inverno, chegando a atingir altitudes elevadas. Este sistema atmosférico mantêm-se estável e permanente, por haver maior massa continental, contendo em seu núcleo um fluxo intenso de ventos, atingindo seu auge no inverno, na estratosfera polar. Para Chede (1974), o vórtice polar quase desaparece no período da primavera e verão, passando a uma simples circulação insignificante (figura 3). No período de outono e inverno, o ozônio é arrastado para os níveis inferiores polares através deste vórtice; acredita-se que por este transporte ocorra uma renovação de oxigênio na troposfera.

4 30 Lúcia Helena de O. Gerardi e Iandara Alves Mendes (org.) Figura 2 Vórtice Polar Antártico Figura 3 - Formação Sazonal do Vórtice Polar

5 Do Natural, do Social e de suas Interações: visões geográficas 31 O aquecimento gradativo do pólo, após a chegada dos primeiros raios solares, favorece as reações químicas destruidoras do ozônio. A redução da concentração de ozônio aparece no início da primavera e desaparece no início do verão, quando o vórtice polar se esquenta e dissipa. Durante o mês de novembro, toda a estrutura da estratosfera sobre o pólo sul é submetida a uma fundamental mudança. A presença do vórtice polar com ventos fortes oriundos de oeste no continente antártico, não possibilita a troca de massas de ar e, consequentemente, isola o ar com baixa temperatura e pouca concentração de ozônio. A concentração do ozônio estratosférico e a temperatura aumentam consideravelmente quando o vórtice polar antártico perde repentinamente sua intensidade no mês de novembro. (DOBSON, 1968b) A região sob sua atuação fica próxima a 65 S, embora haja muita variação através dos anos. O centro do vórtice é deslocado para latitudes mais baixas, distantes do pólo; portanto, o limite de sua atuação está freqüentemente avançando em direção ao sul da América do Sul. Entretanto, o buraco não pode ultrapassar 55 S sem uma mudança significativa nos padrões dos ventos antárticos, permitindo a expansão do vórtice polar. Sendo assim, a área de atuação do buraco da camada de ozônio antártico não alcança diretamente regiões como as médias latitudes da América do Sul, Austrália e África do Sul, embora estas regiões possam sofrer interferências da diminuição da concentração de ozônio provenientes das rupturas do vórtice polar (PARSON, 1997), que proporcionam a expulsão de ar com baixos valores na concentração do ozônio e que podem alcançar as médias latitudes do Hemisfério Sul. A área exata de atuação do buraco na camada de ozônio pode ser determinada pelas condições meteorológicas, sendo que a intensidade do vórtice polar varia de um ano para outro, com diminuições de 100 a 150 UD, em flutuações diárias a cada 10 de latitude (PARSON, op cit). Outra observação necessária é que as variações da concentração de ozônio estratosférico estão relacionadas com os sistemas de pressão atuantes na troposfera. Assim, as baixas concentrações do ozônio estratosférico estão relacionadas com centros de alta pressão e as altas concentrações de ozônio estão associadas a centros de baixa pressão. A distribuição geral da concentração de ozônio estratosférico, elaborada por Bojkov (1995), pode ser associada à Circulação Geral na troposfera. Os maiores valores da concentração do ozônio são encontrados na faixa de baixa pressão das frentes polares, denominado de cinturão das altas concentrações de ozônio. Contudo, após a dissipação e ruptura do vórtice, este cinturão, localizado nas baixas subpolares, invade a região polar, sendo que no final de novembro o Pólo Sul é totalmente ocupado por altas concentrações de ozônio. Bases Teórico-Metodológicas A maior agitação na dinâmica do ar é produzida na troposfera, que é influenciada pelo homem de forma direta e progressiva. Este processo pode repercutir nas camadas mais altas da atmosfera, como na redução da camada de ozônio na estratosfera (MONTEIRO, 2000). Monteiro (op cit) afirma que o homem pode atuar sobre a atmosfera. Pela associação com a ordem de grandeza taxonômica, poderemos perceber que a capacidade da ação antropogênica é indiscutível nas

6 32 Lúcia Helena de O. Gerardi e Iandara Alves Mendes (org.) escalas inferiores do clima. Ali o arbítrio humano é decisivo, pois que nesses níveis ele é criador (climas artificiais). Por ação cumulativa esta influência vai afetando as escalas médias; mas já será bem mais limitada nas escalas superiores. O homem não tem (ainda) controle sobre a circulação regional, sendo o mesmo paciente, passivo, impotente face aos acidentes climáticos (tempestades, tornados, trombas d água, etc.). Mas não devemos esquecer que a persistência das ações negativas infligidas pelo homem na atmosfera, em efeito cumulativo, já se faz sentir na estrutura da atmosfera - buraco da camada de ozônio... (p. 26). Nas últimas décadas, a redução do ozônio na Antártida preocupa a comunidade científica e a sociedade; entretanto, as pesquisas sobre suas relações com a dinâmica atmosférica haviam cessado desde a década de 70. Somente em meados da década de 80 percebeu-se que a diminuição poderia causar, indiretamente, alterações significativas deste gás nas médias e altas latitudes do hemisfério sul. Conjugar a variabilidade do ozônio estratosférico e a dinâmica atmosférica em uma abordagem geográfica é de fundamental importância para desvendar sua gênese e suas conseqüências para a sociedade. Portanto, acreditamos que a abordagem alcança um nível geográfico quando colocamos a análise dos tipos de tempo em seqüência contínua. Embora nas mais diferentes escalas de tempo ou espaço - desde a análise comparativa de vários anos tomados como padrões representativos da circulação de um continente, nas variações sazonais dentro de um ou alguns anos numa região, até a análise episódica de um fenômeno local - será necessária a continuidade da seqüência. Por coerência com a noção de sucessão de que se reveste o caráter geográfico do clima. Porque só o encadeamento dos estados atmosféricos mostra os tipos esquematizados na análise meteorológica precedente, em suas perspectivas reais, revestidos de suas infinitas gradações e facetas. Também é pela sucessão que se percebem às diferentes combinações dos elementos climáticos entre si e suas relações com os demais elementos do quadro geográfico. É a seqüência que conduz ao ritmo, e o ritmo é a essência da análise dinâmica (MONTEIRO, 1969, p. 13). Neste contexto, as análises das variações da concentração de ozônio estratosférico observadas numa escala temporal diária mostram o ritmo dessa variação, ou seja, o comportamento do ozônio estratosférico. A sucessão dos estados atmosféricos demonstrando o ritmo e sua duração, são fatores essenciais, tanto no quadro atmosférico quanto na ação sobre os seres vivos, tornando importante a análise diária da concentração de ozônio. Assim sendo, com o apoio tecnológico atualmente disponível, procurou-se utilizar o efeito das animações de imagens diárias obtidas pelo instrumento TOMS (Total Ozone Mapping Spectrometer), instalado no satélite Nimbus7. As análises da variabilidade têmporo-espacial do ozônio estratosférico nos meses de setembro, outubro e novembro de 1979 a 1992, na América do Sul e Antártida, foram realizadas num computador, através de software específico, que realizou a animação dessas imagens. As imagens foram dispostas de maneira seqüencial, obedecendo a um intervalo temporal que permitisse ao olho humano a noção de movimento. Foi utilizado um formato de vídeo AVI (Audio Video Interleaved), do software Corel Photo Paint, versão 8.0, contido no pacote Corel Draw. Este software, além dos recursos habituais de tratamento de imagens encontrados em outros softwares do

7 Do Natural, do Social e de suas Interações: visões geográficas 33 gênero, possui o recurso de montagem de arquivos de animação nos formatos GIF(Graphics Interface Format) animado, AVI, MOV (Quick Time Movie) e MPG (Animação MPEG); porém, somente o formato AVI permite compactação do arquivo final. Para montagem do arquivo, as imagens foram inseridas quadro a quadro. O formato AVI ainda permite, em sua reprodução, que o usuário dê pausa na execução, avance quadro a quadro ou mesmo retroceda a animação. Desta forma, foram elaboradas 14 animações com 91 quadros cada, que possibilitaram observar a variabilidade, ou seja, o ritmo da concentração do ozônio estratosférico na América do Sul e Antártida. A figura 4 é um exemplo de imagem do ozônio obtida pelo satélite Nimbus7/TOMS (04 de novembro de 1983) utilizada nas animações. Figura 4 - Imagem do Ozônio (Nimbus7/TOMS) Dia 4/nov/1983 Para exemplificar as relações entre o ozônio estratosférico e as condições meteorológicas na América do Sul foram utilizadas imagens meteorológicas diárias do satélite GOES e da concentração do ozônio (Earth Probe/TOMS), no período de 11 a 20 de outubro de As imagens meteorológicas disponíveis foram obtidas através do site do CPTEC ( cptec.br) e as de concentração de ozônio, no site da NASA/TOMS (jwocky.gsfc.nasa.gov). As imagens da concentração de ozônio representam o valor médio diário, portanto, há somente uma imagem para cada dia. Para relacionar as concentrações de ozônio e os sistemas de pressão, somente foi utilizada uma imagem meteorológica diária disponível. Tanto as imagens meteorológicas (projeção hemisférica), como as da concentração de ozônio (projeção global) foram tratadas no software Corel Draw (versão 9), e inseridas lado a lado para a elaboração de 10 quadros diários (figura 5).

8 34 Lúcia Helena de O. Gerardi e Iandara Alves Mendes (org.) Figura 5 Tratamento. Gráfico das Imagens Meteorológicas e de Ozônio O objetivo fundamental dessa associação foi exemplificar a relação entre os sistemas de pressão e as variações diárias da concentração do ozônio estratosférico, baseado nas trajetórias das massas de ar e das frentes na América do Sul apresentadas por Monteiro (1963). Análise do Comportamento da Camada de Ozônio As animações das imagens diárias do ozônio estratosférico obtidas pelo TOMS/

9 Do Natural, do Social e de suas Interações: visões geográficas 35 Nimbus7, foram uma tentativa de evidenciar o dinamismo desta variabilidade e sua queda progressiva no decorrer dos anos. Este recurso foi de grande relevância já que foram identificadas as áreas geográficas mais freqüentes onde ocorreram ligações entre o ar estratosférico antártico (ar expulso com baixos valores na concentração do ozônio proveniente do buraco da camada de ozônio) e o das médias latitudes. Foi possível documentar a primeira interferência do ar estratosférico antártico sobre a América do Sul, ocorrida entre 1 a 5 de novembro de 1983, com uma década de antecedência daquela ocorrida no ano de 1993 (18 a 26 de outubro), tão amplamente divulgada pela mídia internacional. É importante ressaltar que a primavera de 1983 foi a primeira a registrar valores abaixo de 200UD e, conforme a definição do buraco da camada de ozônio, pode-se afirmar que esse foi o primeiro ano em que o buraco efetivamente surgiu. Nesse ano, não houve nenhum alerta sobre o fenômeno, já que o primeiro alerta somente ocorreria em De acordo com as análises feitas, pôde-se perceber que quanto maior a latitude maior será a variabilidade o ozônio estratosférico. Na primavera do período de 1979 a 1992, ocorreu uma oscilação nos valores do ozônio estratosférico entre 20 e 40 S, e somente as altas latitudes do Hemisfério Sul estiveram sob a atuação da redução da camada de ozônio. As animações mostraram que a concentração do ozônio possui características distintas na sua distribuição geográfica, tornando evidente que quanto maior a latitude, maior sua variabilidade. A expansão vertical da atmosfera influencia na distribuição da concentração do ozônio. Assim, deve-se tratar de forma diferenciada as variações da concentração do ozônio nas baixas e altas latitudes da América do Sul. Outra observação importante esteve relacionada à Cordilheira dos Andes que, supostamente, serve como barreira geográfica na dispersão do ozônio estratosférico nas médias e altas latitudes da América do Sul. As elevadas altitudes das grandes cadeias montanhosas podem influenciar na troca de massas de ar da estratosfera e troposfera, através das quebras na tropopausa. As observações realizadas através das imagens meteorológicas e da concentração do ozônio mostraram que os sistemas atmosféricos encontrados nas altas latitudes da América do Sul apresentaram significativas relações nas variações diárias do ozônio estratosférico. A figura 6 mostra um dos 10 quadros elaborados para a análise da dinâmica atmosférica e do ozônio, e destaca as relações mais expressivas dos sistemas de pressão e da concentração do ozônio que ocorreram na América do Sul no dia 20 de outubro de Figura 6 Relações Entre a Dinâmica Atmosférica e o Ozônio (20/10/2000) Esta figura exemplifica o avanço de massas de ar com baixos valores de ozônio seguindo em direção à América do Sul, provenientes do buraco da camada de ozônio e os valores mais altos de ozônio correspondendo às áreas de baixa pressão.

10 36 Lúcia Helena de O. Gerardi e Iandara Alves Mendes (org.) Conclusões Não há dúvida que a diminuição do ozônio estratosférico na Antartida provoca

11 Do Natural, do Social e de suas Interações: visões geográficas 37 alterações na concentração desse gás nas altas e médias latitudes do Hemisfério Sul, especialmente na América do Sul. A redução progressiva da concentração deste gás no período da primavera no continente antártico é um sério risco. A camada de ozônio serve como filtro da radiação ultravioleta nociva aos seres vivos e os impactos dessa redução já são sentidos em áreas habitadas em latitudes mais altas. Várias espécies de animais e vegetais são comprometidos a cada ano devido ao efeito cumulativo dessa radiação. A contenção do lançamento de produtos químicos artificiais na atmosfera que potencializam a redução da camada de ozônio vem sendo realizada nas últimas décadas, porém o ciclo natural de formação e destruição deste gás está ligado aos eventos naturais, como erupções vulcânicas e atividade solar; portanto não se pode afirmar que somente as emissões de compostos químicos artificiais são responsáveis por tal redução. Talvez o aumento de erupções vulcânicas e da atividade solar, mais intensas nos últimos anos, possam estar potencializando o processo de redução da camada de ozônio sobre a Antártida e que, na realidade, o ciclo atualmente revelado seja apenas uma repetição de ciclos anteriores. Um fenômeno que até então havia sido alvo de estudos de meteorologistas, geofísicos e químicos e que, apesar de ter sua formação na estratosfera, teoricamente longe da influência do relevo e dos elementos climáticos da troposfera, torna-se agora alvo de estudos com abordagem geográfica. A realização de outras pesquisas sobre a variabilidade da camada de ozônio utilizando os conceitos da Climatologia Geográfica Brasileira possibilitará revelar seu ritmo, sem deixar de considerar as possíveis causas para tal redução, como o uso indiscriminado de compostos químicos artificiais lançados pelas indústrias, o processo evolutivo da atmosfera planetária e os efeitos nocivos aos seres vivos. Os estudos geográficos com enfoques diversos são fundamentais para se desvendar todas as relações que influenciam no comportamento do ozônio estratosférico e os processos pelos quais a atual atmosfera evoluiu e continua a evoluir. Referências ANDRE, I.R.N.; ZAVATINI, J. A Alterações na Camada de Ozônio nas Médias e Altas Latitudes da América do Sul Causadas pelo Buraco Antártico. Simpósio Brasileiro de Climatologia Geográfica 3, 1988, Anais... Salvador, UFBA, 1998 ANDRE, I.R.N. Análise Geográfica da Variabilidade do Ozônio Estratosférico nas Altas

12 38 Lúcia Helena de O. Gerardi e Iandara Alves Mendes (org.) e Médias Latitudes da América do Sul e no Setor Oriental da Antártida na Primavera de 1979/1992 e as Relações com a Dinâmica Atmosférica de 11 a 20 de Outubro de 2000, Tese (Doutorado em Geografia) Instituto de Geociências e Ciências Exatas, Rio Claro. ANDRÉ, I.R.N. Evolução dos Conhecimentos Científicos sobre o Gás Ozônio ao Longo dos Séculos XIX e XX, Geografia, Rio Claro, v. 27, n.1, p , abril, BOJKOV, R. D. The Changing Ozone Layer, Genebra. WMO/PNUMA, p. CHEDE, F.C. - Manual de Meteorologia Aeronáutica, Brasilia: Editora Técnica de Aviação Ltda, 1974, 80p. CONTI, J.B. Climatologia e a Defesa da Natureza, Boletim Climatológico, Presidente Prudente, ano 1, n.2, p. 5-9, CPTEC. Disponível em: Acesso em:out/2000 CRAIG, R.A. - The Observations and Photochemistry of Atmospheric Ozone and Their Meteorological Significance. Meteorological Monographs, American Meteorological Society, v. 1, n. 2, set., 1950, 50p. DOBSON, G.M.B. Forty Years Research on Atmospheric Ozone, Apllied Optics, v. 7, n. 3, p , march, 1968a DOBSON, G.M.B. - Ozone in the Atmosphere, In: DOBSON, G.M.B. Exploring the Atmosphere. Oxford: University Press, p , 1968b. FARMAN, J.C.; GARDINER, B.G.; SHANKLIN, J.D. - Large losses of total ozone in Antarctica reveal seasonal ClOx/NOx interaction - Nature, England, v. 315, p , KIRCHHOFF, V.W.J.H. - Evidence for an Ozone Hole Perturbation at 30º South. Atmospheric Environment, Pittsburg. v. 30, n. 9, p , MOLINA, M.J.; ROWLAND, F. S. Stratospheric Sink for Chlorofluormethanes: Chlorine Atomic - Atalysed Destruction of Ozone. Nature, England, v. 249, p , jun, MONTEIRO, C.A de F. O Clima na Região Sul In IBGE Geografia do Brasil Grande Região Sul, Biblio. Geográfica Brasileira, v. IV Tomo I, p , MONTEIRO, C.A de F. A Frente polar atlântica e as chuvas de inverno na fachada Sul- Oriental do Brasil contribuição metodológica à análise rítmica dos tipos de tempo no Brasil. Série Teses e Monografias, IGEOG. USP, São Paulo, v.1, p. 1-69, MONTEIRO, C.A. de F, - Geossistemas: A estória de uma procura, São Paulo: Contexto, 2000, 127p. NASA/TOMS. Disponível em < Acesso em: out, NASA/GSFC. Disponível em < Acesso em: 14 ago, PARSON, R. The Antarctic Ozone Hole. Disponível em < ozonwe-depletion/antarctic/faq.html>, Acesso em: WMO. Scientific Assessment of Ozone Depletion: Genebra, p.

13 Do Natural, do Social e de suas Interações: visões geográficas 39