PROCESSOS ATMOSFÉRICOS DA POLUIÇÃO AMBIENTAL

Muitos gases e aerossóis que podem poluir a atmosfera são também constituintes dela. Estas substâncias começa a poluir quando  sua concentração passa dos níveis comuns a atmosfera, ou seja, concentrações elevadas, as quais causam disfunções nos processos físicos e biológicos.

Principais Poluentes do Ar

Apresentaremos a seguir os principais poluentes da atmosfera, seus ciclos e alguns impactos causados pelos mesmos. Usualmente, nos expressamos a concentração  de gases poluentes em partes por milhão (ppm), que é, o número de moléculas poluentes por milhão de moléculas de ar. As concentrações de aerossóis, por outro lado, são normalmente dadas em massa de poluente por volume de ar (microgramas por metro cúbico).

Dióxido de carbono, produzido pela respiração celular. Organismos liberam dióxido de carbono (CO2) para a atmosfera. Outro natural recurso de CO2 inclui florestas e as queimadas, além das erupções vulcânicas. A queima de combustíveis fósseis (óleo, gás natural, etc) para gerar energia também contribui com o aumento da concentração desses poluentes. Aproximadamente 55% do dióxido de carbono permanece na atmosfera; o restante dissolve-se na água do mar.  Hoje a concentração de dióxido de carbono na atmosfera é aproximadamente 350 partes por milhão e está aumento cerca de 17 ppm por década. Porque o dióxido de carbono é um importante gás de Efeito Estufa, esta grande concentração deve afetar o clima global.

Já o monóxido de carbono (CO) é removido da atmosfera pela atividade de certos microorganismos do solo e por reações químicas que convertem CO em CO2. O monóxido de carbono é  derivado das atividades humanas na combustão incompleta de combustíveis fósseis, principalmente por motores de veículos. O monóxido de carbono é um gás asfixiante e sem cheiro, o qual pode  trazer sérios prejuízos a saúde humana, especialmente quando sua concentração é alta,  como pode acontecer em túneis.

Na categoria dos hidrocarbonetos incluem-se uma variedade de componentes químicos, constituídos por combinações de hidrogênio (H) e carbono (C). Os hidrocarbonetos podem ocorrer naturalmente na atmosfera, o metano (CH4) tem a maior concentração (1,74ppm). O metano é produzido quando material orgânico é decomposto. Nos níveis normais, o metano não é reativo, ou seja, não existe a interação deste com outras substâncias, porém um ar com 5% de metano se torna explosivo. Metano é um gás de efeito estufa, e sua media global tem a concentração subindo a 0,009 ppm por ano. Todos os vegetais liberam vários hidrocarbonetos, porém a concentração dos mesmos é menor do que 0,1 ppm. Eles são quimicamente reativos.

Os hidrocarbonetos reativos são liberados durante a combustão incompleta de gasolina por motores de veículos. Este meio é responsável por centenas de  diferentes hidrocarbonetos. Porque a gasolina é muito volátil, muitos hidrocarbonetos (aproximadamente 15% do total) escapam para o ar durante a entrega da gasolina ou quando são transferidas para o tanque dos carros.  Hidrocarbonetos são emitidos por solventes usados em uma variedade muito grande de processos industriais ou comerciais. Refinarias de petróleo e indústrias químicas liberam hidrocarbonetos para a atmosfera.

Óxidos de nitrogênio, gerados pela ação das bactérias do solo é responsável pela maior parte do óxido nítrico (NO)  que é produzido naturalmente e disperso na atmosfera. NO combinado com  oxigênio forma dióxido de nitrogênio (NO2). Juntos eles podem formar NOx, ou seja, uma grande variedade de componentes. Toda a atividade humana contribui com cerca de 10% da concentração na atmosfera de NOx,  e nossa contribuição tende a ser muito maior concentrada que a concentração natural da atmosfera. NOx forma-se quando há combustão em altas temperaturas, como  dentro de um automóvel. NOx pode ser formando na combustão dos combustíveis fósseis (pois possuem H). NO2 é muito mais poluente no ar do que seu precursor NO; a toxidade de NO2 é aproximadamente 4 vezes mais que NO. NO2 em altos níveis de concentração é relacionado com incidentes de pneumonia e bronquites.

 Existem muito outros poluentes como: enxofre e suas combinações, partículas suspensas,  além de outros produtos químicos. Estes poluentes descritos foram só para ilustrar que se encontrados em suas concentrações normais não produzem dano, porém em concentrações elevadas existem sérios riscos à natureza e à vida.

Fatores Que Contribuem Para a Dispersão dos Poluentes

Os poluentes do ar são perigosos quando as condições atmosféricas não contribuem para sua diluição.  Veremos agora fatores que podem afetar a dispersão desses poluentes.

A velocidade do vento: O vento pode contribuir na mistura dos poluentes com o ar limpo, causando assim a sua diluição. Mas quando o vento está calmo, a diluição se torna um processo muito lento. Assim como o vento depende das condições meteorológicas ele também depende dos obstáculos que irá encontrar na superfície da Terra, ou seja, construções, prédios, etc, podem contribuir na diminuição da velocidade do mesmo. Desse modo, em áreas urbanas há uma diminuição da diluição dos poluentes do ar pelo vento, pois este encontra impedimentos em seu caminho.

Estabilidade Atmosférica: A estabilidade atmosférica afeta o movimento vertical do ar. Convecção e turbulência são aumentadas quando o ar é instável e inibido quando o ar é estável. A estabilidade do ar traz influências na taxa com a qual os poluentes são misturados no ar limpo. Uma parcela de poluentes do ar emitida quando o ar está instável é melhor misturada do que quando há estabilidade.  A estabilidade inibi o transporte dos poluentes no ar.

A profundidade de mistura é a distância vertical entre a superfície da Terra e a altitude das correntes de convecção. Quando a mistura em profundidade é grande (muitos quilômetros, por exemplo),  observamos uma grande quantidade de ar limpo misturada com poucas quantidades de poluentes. Nós podemos, algumas vezes, estimar a estabilidade do ar observando uma pluma que surge de uma chaminé. Se a fumaça entra em uma camada de ar instável, a pluma fica ondulada. Em geral, esta pluma indica que os poluentes estão sendo misturados, ou seja, diluídos.  Por outro lado, se a pluma de fumaça fica suspensa e vagarosamente sobe, significa que as condições são estáveis.

Inversão de Temperatura: Em condições normais, existe um gradiente de diminuição de temperatura do ar com o aumento da altitude (o ar é mais frio em lugares mais altos). Ao longo do dia, o ar  frio tende a descer (por que é mais denso) e o ar quente tende a subir (pois é menos denso), criando correntes de convecção que renovam o ar junto ao solo. Em algumas ocasiões e locais (especialmente junto a encostas de montanhas ou em vales) ocorre uma inversão: uma camada de ar frio se interpõe entre duas camadas de ar quente, evitando que as correntes de convecção se formem. Dessa forma, o ar junto ao solo fica estagnado e não sofre renovação. Se houver uma cidade nessa região, haverá acúmulo de poluentes no ar, em concentrações que podem levar a efeitos danosos. Um exemplo de cidade brasileira que sofre com a inversão térmica é São Paulo.

Processos Naturais de Limpeza do Ar

As condições que favorecem a acumulação e concentração de poluentes no ar são contrabalançadas pelos processos naturais de limpeza e remoção de poluentes. Alguns aerossóis são removidos do ar quando chocam-se com estruturas e construções e a elas aderem. Aerossóis com grandes raios (maiores que 0,1 micrometro) são chamados de sedimentos. Pesados e largos esses aerossóis possuem grandes velocidades terminais e depositam-se mais rapidamente do que os menores. Por essa razão, aerossóis maiores tendem a depositar-se na superfície,  enquanto os menores podem ser transportados por muitos quilômetros e atingir grandes altitudes antes de depositar-se. A combinação desses processos é chamada de deposição seca.

A maioria da remoção natural da poluição é feita pela chuva e neve. Por uma experiência natural, nós sabemos que o ar parece limpo apenas depois de uma chuva. De fato, nas regiões  que possuem uma precipitação moderada, essa varredura através da chuva é responsável pela remoção de 90% dos aerossóis.  Embora os gases poluentes são menos susceptíveis a essa varredura que os aerossóis, eles dissolvem-se nas gotas de chuva ou nas nuvens.

 Impactos da Poluição no Tempo

 A poluição do ar aumentam a quantidade de nuvens e a quantidade e qualidade da  precipitação, especialmente em áreas urbanas. A influência em áreas urbanas sobre a cobertura de nuvens e precipitação é ilustrada pelo típico contraste climático entre áreas urbanas e rurais. Áreas urbanas são  fontes de núcleos de condensação a qual estimula a formação de nuvens; o vapor de água que aumentam a umidade do ar; e o calor gerados por essas áreas favorecem a ascensão do ar.

Como vimos a chuva e a neve dissolvem os poluentes suspensos no ar. Essa diluição nas gotas de chuva, em cidades com grandes concentrações de poluentes causa o fenômeno chamado chuva ácida. Essa chuva é considerada ácida por causa dos poluentes envolvidos na mistura. Se  o ar é poluído com óxidos de enxofre e nitrogênio, estes gases interagem com a atmosfera e produzem gotas de ácido sulfúrico (H2SO4) e ácido nítrico(HNO3). Essa precipitação contaminada é aproximadamente 200 vezes mais ácida do que a precipitação normal.

Além desses efeitos temos a destruição da camada de ozônio, a qual protege a Terra da radiação ultravioleta proveniente do Sol.  A conseqüência mais séria da destruição da camada de ozônio é relativa à saúde humana, incluindo incidentes com câncer de pele e catarata.