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Química da Estratosfera e o buraco na camada de ozônio
 

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    Química da Estratosfera e o buraco na camada de ozônio Química da Estratosfera e o buraco na camada de ozônio Presentation Transcript

    • MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO UNIVERSIDADE FEDERAL DE PELOTAS FACULDADE DE METEOROLOGIAQUÍMICA DA ESTRATOSFERA E OBURACO NA CAMADA DE OZÔNIO Por Ericka Voss Chagas Mariano Dezembro – 2012
    • INTRODUÇÃO • Estratosfera – da tropopausa (~10km nos pólos, ~17km no equador) até cerca de 50km - varia com estações e condições meteorológicas • Mudança abrupta na concentração de gases-traço do ar – diminuição do vapor d´água – aumento do O3. • Pouca mistura vertical entre troposfera e estratosfera. • Materiais que entram na estratosfera permanecem nesta camada por longos períodos de tempo.
    • OZÔNIO• Descoberto em 1839 – Schönbein• 90% se encontra na estratosfera – de 10-16km a ~50km• Na estratosfera – poucos milhares de moléculas de O3 porcada bilhão de moléculas de ar• O3 bom x O3 ruim Átomo de Molécula de Molécula de oxigênio (O) oxigênio (O2) ozônio (O3)
    • IMPORTÂNCIA – O3 ESTRATOSFÉRICO• Forma um escudo protetor que reduz a intensidade deradiação UV que chega à Terra• Determina o perfil vertical de temperatura na estratosfera –aquecimento resultante da absorção de UV• Está envolvido em várias reações químicas na estratosfera
    • UNIDADE DOBSON (UD)1 UD – número de moléculas de O3 que seriam necessárias para criar umacamada de O3 puro de 0,01 mm de espessura a uma temperatura de 0graus Celsius e uma pressão de 1 atmosfera.1 UD = 2,69 x 1016 moléculas de O por centímetro quadrado
    • Equipamentos de medida
    • ESPECTROFOTÔMETRO DOBSON
    • ESPECTROFOTÔMETRO BREWER
    • SATÉLITES• Ozone Monitoring Instrument (OMI)A partir de Julho – 2004• Total Ozone Mapping Spectrometer (TOMS)01/11/1978 – 31/12/2005Nimbus-7 – 01/11/1978 – 06/05/1993Meteor-3 – 22/08/1991 – 24/11/1994Earth Probe – 25/07/1996 – 31/12/2005• Solar Backscatter UltraViolet (SBUV)A partir de 1978Nimbus-7 -- 1978 - 1990NOAA-9a -- 1985 - 1989NOAA-11 -- 1988 - 2001NOAA-9d -- 1992 - 1998NOAA-16 -- 2000 - 2007NOAA-17 -- 2003 - 2007• Global Ozone Monitoring Experiment (GOME)A partir de 21/07/1995• Global Ozone Monitoring Experiment 2 (GOME-2)A partir de outubro de 2006
    • Produção de ozônio estratosférico Reação geral: 3 O2 → 2 O3
    • Mecanismo de Chapman• 1930 - mecanismo químico simples para explicar aconcentração estacionária de O3• Formação de O3 - λ<242nm dissocia oxigênio molecular,que reage com O2 na presença de O2 ou N2 para formar O3. O2 + hv → O + O (1) O + O2 + M → O 3 + M (2) O3 + hv → O2 + O (3) O 3 + O → O 2 + O2 (4)• As reações de (1) a (4) são chamadas Reações deChapman• Reação (2) é a única que produz O3 na atmosfera –molécula absorve radiação entre 240 e 320nm.
    • • Concentrações de O3 devem alcançar valores máximos em~25km• Produção de O3 é maior próxima ao equador e aumenta como aumento da altitude, refletindo a dependência da variaçãolatitudinal da intensidade solar e ângulo zenital - regiões demaior concentração não coincidem com as de maior razão deformação• Tempo de vida do O3 estratosférico é maior do que o temponecessário para que ocorra o transporte (do equador para ospólos ~ 3 a 4 meses)• Reações superestimam concentrações de O3
    • Depleção do ozônio estratosférico• A maioria das reações catalíticas para a remoção do O3atmosférico são na forma: X + O3 → XO + O2 XO + O → X + O2 O + O3 → 2O2• Na estratosfera natural (sem poluição) as reações maisimportantes são com H, OH, NO e Cl.• Se as concentrações do catalisador X nestas reaçõesaumentam por atividades antropogênicas, o balanço entre asfontes e sumidouros de O3 atmosférico serão perturbados eas concentrações do gás irão diminuir
    • BURACO NA CAMADA DE OZÔNIO• Descoberta do buraco de O3 na Antártica (anos 80) -comunidade científica pensava compreender os processosfísicos e fotoquímicos que controlam a produção e extinçãode O3 na atmosfera.• Primeiros estudos sobre a depleção do O3 na Antártica -duas características principais: • Grandes perdas no O3 estratosférico observadas, durante a primavera, entre os anos de 1974 a 1985; • Comparações com medidas realizadas entre os anos 1950 e 1960 indicavam atenuação média de 300 para 200 UD de O3.
    • METEOROLOGIA POLAR• Inverno no HS – não há incidência de radiação solar – fortevento circumpolar se desenvolve da média para a baixaestratosfera – vórtice polar – isola o ar sobre a região polar• Ar no vórtice é muito frio – formação de nuvens especiais a-80°C – Nuvens Polares Estratosféricas (PSCs) – formadas porácido nítrico triidratado – PSCs são cruciais para a ocorrênciade perda de O3• Espécies que causam a depleção do O3 – se tornam maisativas na superfície de PSCs.• Reações mais comuns: HCl + ClONO2 → HNO3 + Cl2 ClONO2 + H2O → HNO3 + HOCl HCl + HOCl → H2O + Cl2 N2O5 + HCl → HNO3 + ClONO N2O5 + H2O → 2 HNO3
    • http://www.ccpo.odu.edu/SEES/ozone/
    • A depleção do O3 ártico• Episódios de depleção parcial do O3 ártico vêm sendoobservados durante a primavera.• Menos severo do que na Antártica: temperaturasestratosféricas não caem tão baixo nem durante tanto tempo;circulação de ar nas áreas circundantes não está tão limitada.• PSCs se formam menos e duram menos tempo• Condições estão mudando – depleção de O3 se acelerando naestratosfera inferior.
    • Alguns estudos no Brasil
    • ENXOFRE NA ESTRATOSFERA• Aerossóis com raio ~0,1 a 2 μm têm concentração máxima emaltitudes de ~17 a 20km• Compostos de 75% de H2SO4 e ~25% de água - região demáxima concentração de sulfato na baixa estratosfera é chamadacamada estratosférica de aerossol, ou camada estratosférica desulfato, ou ainda camada de Junge• Fonte principal de SO2 para a estratosfera – erupções vulcânicas -quando não há atividade vulcânica – COS SO2 +OH + M → HOSO2 + M HOSO2 + O2 → HO2 + SO3 SO2 + O + M → SO3 + M SO3 + H2O → H2SO4
    • Aerossóis de sulfato• Efeito direto: absorção ou reflexão de radiação• Efeito indireto: formação de nuvens de alta refletividade
    • Forçante radiativa de emissões antropogênicas de enxofre (linha roxa), forçanteantropogênica líquida (linha azul), estimativa linear da forçante antropogênica líquida(linha tracejada azul), forçante radiativa total (linha vermelha), forçante radiativa dainsolação (linha laranja), e temperatura observada (preto). Fonte: adaptada deKaufmann et al., 2011.
    • Obrigada!