Smog, Nevoeiro, Neblina, O que é Smog
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Smog é uma neblina amarelada de um mistura de poluentes atmosféricos. Existe consistindo principalmente de partículas finas e ozono.
Este último é derivado a partir de reações fotoquímica complexo entre óxidos de nitrogênio (NOx) e compostos orgânicos (VOC), conhecido como "precursores".
As principais fontes desses poluentes são veículos a motor, processos industrial e aquecimento.
Dia da poluição causada por partículas finas em Cidade de Québec, 2 de fevereiro de 2005, das 9h
O ozono troposférico é um poluente nocivo.Ele não deve ser confundido com o ozono formado naturalmente na atmosfera superior nos protege dos raios solares nocivos.
As partículas finas são emitidos diretamente no ar por veículos automotores, processos industriais e de aquecimento, incluindo a madeira, ou eles formam na atmosfera, como resultado de reações químicas poluentes precursores, tais como dióxido de enxofre (SO2) e óxidos de nitrogênio (NOx) no ar.
As maiores concentrações de ozônio são observadas entre maio e setembro, durante a tarde e muito quente ensolarado, elas ocorrem quando o vento é baixo, a jusante de grandes áreas urbanas em comparação com os ventos dominante. Por seu lado, as altas concentrações de partículas finas podem ocorrer tanto no inverno que no verão.
Smog – O que é
Smog é uma mistura de poluentes do ar, que pode muitas vezes ser observados como uma névoa amarela que limita a visibilidade na atmosfera. As partículas finas e ozono são dois componentes importantes. No verão, as principais fontes diretas de partículas finas associadas com as atividades humanas são veículos automóveis e processos industriais. No inverno, aquecimento doméstico com a madeira é adicionado como uma fonte de partículas finas. O ozônio encontrado perto do solo é um poluente nocivo. Não deve ser confundido com o ozono formado naturalmente na atmosfera superior e protege contra os raios nocivos do sol.
Ela vem de complexas reações fotoquímicas entre óxidos de nitrogênio (NOx) e compostos orgânicos voláteis (VOC), chamados precursores. Esses poluentes são emitidas principalmente pelo setor dos transportes e da indústria. É formado principalmente durante o verão, durante a tarde muito quente e ensolarado, o vento é baixo. Baixas concentrações de ozônio durante o inverno são devido ao clima (baixas temperaturas e baixa UV) não favoreceram a sua formação.
Partículas finas (PM 2,5) são microscópicos e podem permanecer muito tempo suspensa no ar. Em qualquer altura do ano, eles podem ser diretamente emitidos para a atmosfera a partir de várias fontes ou indiretamente através de reações químicas que envolvem gases, tais como óxidos de azoto (NOx), dióxido de enxofre (SO2) , compostos orgânicos voláteis (VOCs), amoníaco (NH3) e das partículas já presente na atmosfera. PM 2,5 são susceptíveis de ter riscos para a saúde, porque eles penetram profundamente no sistema respiratório. Com outros poluentes, as partículas finas também afetar a atmosfera e reduz a visibilidade.
Os efeitos do smog sobre a saúde
Smog ou Nevoeiro
A poluição do ar afeta as pessoas de forma diferente dependendo de fatores como idade, estado de saúde, nível de atividade, status socioeconômico e nível de exposição.
Efeitos variam de pequenas irritações do trato respiratório e pequenas alterações bioquímicas ou fisiológicas da dificuldade respiratória, tosse problemas, o funcionamento pulmonar reduzida, agravamento de doenças respiratórias e cardiovasculares e alguns de mutação genética. Estudos mostram que os episódios de altos níveis de poluição estão associados com aumento das taxas de consultas médicas, hospitalização e mortalidade prematura.
Smog é uma palavra de origem inglesa, formada pela junção das palavras smoke (fumo) e fog (nevoeiro), tendo sido criada para designar um fenômeno resultante da associação entre a forte poluição verificada em algumas grandes cidades e regiões industriais e o nevoeiro denso. O resultado desta associação é a cobertura das densas gotículas de água por uma fina película oleosa que dificulta a sua evaporação.
A palavra vem das palavras inglesas SMOG < > (Fumaça) e < > (Fog). Smog é a névoa que paira sobre as grandes cidades e outras regiões ao tráfego de veículos pesados ou plantas industriais equipadas. Smog é pior no verão, quando as temperaturas são altas.
Como se relaciona com às mudanças climáticas?
SMOG não é uma causa direta da mudança climática, embora os gases envolvidos são as emissões de gases de efeito estufa. No entanto, os níveis de SMOG poderia ser muito pronunciada se o clima era quente.
Durante os dias quentes de verão, os níveis de SMOG subir porque produz reações mais sob um sol escaldante criando a camada de ozono ao nível do solo (ingrediente principal do smog). SMOG é extremamente perigoso para as pessoas com problemas respiratórios, como o ar é ainda mais difícil de respirar!
A Organização Mundial da Saúde advertiu que os problemas de estresse por calor e problemas respiratórios causados pelo clima e da degradação da qualidade do ar pode ocorrer em grandes áreas urbanas e pode levar a um aumento taxa de mortalidade.
O que torna-se SMOG?
Smog é composta de vários gases e partículas minúsculas.
Os principais componentes do smog são:
Oxidados compostos orgânicos
Smog é primeiro causada pela reação de óxidos de azoto com os hidrocarbonetos na presença de luz solar. Esta reação produz ozônio!
Smog – Poluente Atmosférico
Smog é uma mistura de óxidos de poluentes atmosféricos de nitrogênio e compostos orgânicos voláteis, que combinam com a luz solar para formar o ozônio.
O ozônio pode ser benéfico ou prejudicial, bom ou ruim, dependendo de sua localização. Ozono na estratosfera, muito acima da Terra, atua como uma barreira que protege a saúde humana e o ambiente de quantidades excessivas de radiação solar.
Por outro lado, o ozono ao nível do solo, preso perto do chão por inversões térmicas ou outras condições climáticas, é o que faz com que o desconforto respiratório e ardor nos olhos associados com a poluição atmosférica.
O smog ou nevoeiro fotoquímico cai sobre as zonas com maiores problemas de poluição, designadamente áreas urbanas e industriais, sendo uma mistura química de gases, geralmente apresentando coloração acastanhada (pela presença de NO2). Os gases provêm da combustão industrial, automóvel e doméstica.
A palavra "smog" foi inventada para descrever a combinação de fumo (smoke) e nevoeiro (fog) que envolvia Londres durante os anos cinqüenta. Na capital inglesa, misturas letais de smog mataram 600 pessoas em 1948, cerca de 3000 em 1952, 1000 em 1956 e 750 em 1962.
O ozono troposférico (O3) não é emitido diretamente em quantidades significativas pelas atividades humanas, resultando majoritariamente da interação entre radiação solar e poluentes precursores, principalmente NOx [3] e COVNM, mas também CO e CH4 (metano). A reação destes compostos com a luz solar produz o chamado smog fotoquímico, cuja característica principal é a presença de O3 na troposfera. Os valores mais elevados ocorrem usualmente nos dias de maior luminosidade e de grande estabilidade atmosférica junto à superfície, visto favorecerem a acumulação destes poluentes em certas zonas.
A visibilidade reduz-se à medida que aumenta a quantidade de partículas poluentes, formando uma bruma (no caso de ar seco) ou atuando como núcleos de condensação para a formação de neblina ou nevoeiro (no caso de ar úmido).
Os principais efeitos da presença de ozono troposférico podem ser traduzidos em termos de:
a) Saúde humana – tosse, dor de cabeça, náuseas, dores peitorais, falta de ar e danos na função pulmonar.
b) Ecossistemas – redução da produção agrícola e florestal e do crescimento da vegetação natural e seminatural.
c) Materiais e Construção – o O3 é muito reativo quimicamente causando fragilidade, fendas e outras alterações químicas nos diversos materiais (diminuição da elasticidade da borracha, corrosão de metais e redução da resistência dos tecidos e dos plásticos, entre outros).
Concentração de poluentes atmosféricos
O exemplo mais conhecido de poluição do ar é o smog, que são provocados por emissões provenientes de automóveis (maior parte) e emissões provenientes de florestas (áreas rurais).
A manifestação mais evidente do smog é uma neblina de tom amarela-amarronzada que se deve à presença no ar de pequenas gotas de água contendo produtos derivados de reações químicas que ocorrem entre os poluentes do ar. Este smog apresenta odor desagradável devido a alguns de seus componentes, seus produtos afetam a saúde humana de maneira séria. A cidade do México é considerada como sendo a de maior poluição do ar urbana do mundo até o presente momento.
Uma das principais características da atmosfera da Terra é que ela é um ambiente oxidante, fenômeno que se explica pela presença de alta concentração de oxigênio diatômico, O2. Os produtos finais da oxidação pelo O2 sejam de elementos naturais ou poluentes se depositam na superfície da terra.
Origem e ocorrência do Smog
O fenômeno de smog fotoquímico é, às vezes, caracterizado como uma camada de ozônio no lugar errado.
O processo de formação do smog abrange centenas de reações diferentes, envolvendo um número indeterminado de substâncias químicas, que ocorrem simultaneamente, de modo que as atmosferas urbanas têm sido definidas como reatores químicos gigantescos.
Os reagentes originais mais importantes nas ocorrências de smog fotoquímico são o óxido nítrico, NO2, e os hidrocarbonetos, que são poluentes emitidos no ar, provenientes da queima incompleta dos motores de combustão interna e de outras fontes.
A concentração desses compostos químicos são algumas ordens de grandeza maiores que as encontradas em ar puro.
Recentemente, foi constatado que os hidrocarbonetos gasosos também estão presentes no ar urbano como resultado da evaporação de solventes, combustíveis líquidos e outros compostos orgânicos (sua fonte maior são os motores externos de barcos); estas substâncias que se vaporizam facilmente são chamadas compostos orgânicos voláteis (COVs).
Um outro ingrediente vital do smog fotoquímico é a luz solar, que aumenta as concentrações dos radicais livres que participam do processo químico da formação do smog.
Os produtos finais são o ozônio, ácido nítrico e compostos orgânicos parcialmente oxidados:
COVs + NO2+O2+luz solar mistura de O3, HNO3, compostos orgânicos
Substâncias como NO2, hidrocarbonetos e outros COVs que inicialmente são emitidos no ar denominam-se poluentes primários; aqueles que são transformados, como o O3 e o HNO3, são chamados poluentes secundários.
Os COVs mais reativos no ar urbano são os hidrocarbonetos que contêm uma ligação dupla, C=C, dado que eles podem adicionar-se aos radicais livres.
Óxidos de nitrogênio gasosos são produzidos sempre que um combustível é queimado em presença do ar com uma chama quente.
Quando submetido a altas temperaturas, parte do nitrogênio e do oxigênio gasosos no ar combinam-se para formar o óxido nítrico, NO2:
N2+ O2 2 NO.
O óxido nítrico no ar é gradualmente oxidado para formar dióxido de nitrogênio, NO2, em um período de minutos ou horas, dependendo da concentração de gases poluentes.
Coletivamente,NO2 presentes no ar são denominados NOx. A cor amarela na atmosfera de uma cidade envolvida pelo smog deve-se a presença destes compostos de dióxido de nitrogênio.
Para que um smog fotoquímico ocorra deve-se ter como condições:
1) tráfego de veículo intenso (emissões de NO2, hidrocarbonetos, e outros COVs)
3) Luminosidade solar abundante
4) Pouco movimento relativo da massa de ar para que os reagentes não sejam diluídos.
Algumas cidades sofrem mais deste fenômeno como Los Angeles, Denver, México, Tóquio, Atenas, São Paulo e Roma. Sendo observado pela primeira vez em Los Angeles em 1940.
Pela OMS o limite máximo tolerado do gás ozônio é de 100 ppb (1 hora). De modo geral, quanto maior é o período no qual a concentração de ozônio é monitorada, mais baixo o limite estabelecido, pois se presume que a exposição a um nível maior é aceitável somente se ocorrer por pouco tempo. O nível de ozônio no ar puro é de aproximadamente de 30 ppb.
A determinação instrumental se dá por quimioluminescência tanto para ozônio, óxido nítrico e outros.
Níveis de pico de ozônio em Los Angeles é de 300 ppb, na América do Norte e Europa variam em 120 ppb no verão.
Atenas, Roma, México e São Paulo tentam limitar o tráfego de veículos durante os períodos de smog.
Parte do ozônio produzido nas grandes cidades é eliminada por reação com óxido nítrico liberado pelos automóveis no ar:
NO. +O3 NO2+ O2
São comuns em áreas rurais poluídas a concentração de ozônio de 90 ppb, provenientes de áreas urbanas próximas, em tempo quente, durante o verão. A produção de ozônio em áreas rurais se dá também pela queima de biomassa onde a limpeza das florestas ou dos bosques é muito difundida (área de queimadas e desmatamento).
REDUÇÃO DO SMOG
Para redução da formação do smog em grandes cidades devem-se reduzir a emissão de hidrocarbonetos, óxidos de nitrogênio (que determinam a velocidade da reação) no ar.
Para redução de geração de óxido nítrico em sistemas de combustão pode ser diminuída pela redução da temperatura da chama.
Outra forma de se controlar as emissões de NOx dos automóveis e caminhões movidos à gasolina é feita pelo uso de conversores catalíticos colocados antes do tubo de escape, no sistema de exaustão. Uma vez que o motor esteja aquecido (os primeiros minutos em que não haja este aquecimento são responsáveis por até 80% das emissões) , os catalisadores de três vias operando de forma adequada eliminam de 80 a 90% dos hidrocarbonetos, CO e NOx, do motor antes que os gases de exaustão sejam liberados para a atmosfera.
Os conversores de motores a diesel são menos eficazes que os de gasolina, removendo aproximadamente 50% das emissões gasosas de hidrocarbonetos, devido a seus catalisadores menos ativos já que o diesel tem alto teor de enxofre, além disto estes catalisadores não removem NOx, visto que sempre existe um excesso do oxigênio nos gases de exaustão impedindo que as condições de redução sejam obtidas.
Governos já monitoram estes gases emitidos pelos carros.
Este termo abrange vários fenômenos, como a neblina ácida e a neve ácida, todos relacionados a precipitações substanciais de ácido.
O fenômeno da chuva ácida foi descoberto em meados de 1800, na Grã-Bretanha por Argus Smith e foi esquecido até os anos 50.
A precipitação ácida se dá pela presença de dióxido de carbono atmosférico dissolvido, que forma ácido carbônico:
CO2(g) + H2O(aq) H2CO3(aq)
Em seguida o H2CO3 ioniza-se parcialmente liberando um íon hidrogênio, com a resultante redução no pH do sistema:
H2CO3(aq) H+ + HCO-3
Devido a essa fonte de acidez, o pH da chuva natural, não poluída, é de cerca de 5,6, a chuva é considerada ácida em pH menor que 5,0.
Os dois ácidos predominantes na chuva ácida são o ácido sulfúrico e o ácido nítrico, derivados de poluentes como dióxido de enxofre e óxidos de nitrogênio. Os ácidos são gerados durante o transporte da massa de ar que contém os poluentes.
FONTES E A REDUÇÃO DA POLUIÇÃO POR DIÓXIDO DE ENXOFRE
A maior parte do SO2 é produzida por vulcões e pela oxidação de gases sulfurados produzidos pela decomposição de plantas. A principal fonte antrópica de SO2 é a combustão de carvão, já que este contém em sua composição de 1 a 9% de enxofre (sua maior utilização é como fonte de energia).
Outra fonte do SO2 é a indústria de petróleo quando emite diretamente dióxido de enxofre ou indiretamente como H2S quando o petróleo é refinado e o gás natural purificado antes da distribuição. Além da indústria de petróleo temos também a indústria de mineração, a partir do sulfeto de cobre ou processo de torrefação do níquel.
Tecnologias limpas de uso do carvão – o processo de limpeza pode ocorrer por meio de pré-combustão, durante a combustão ou pós-combustão ou pela conversão do carvão em outro combustível.
Na limpeza por pré-combustão – o carvão tem o enxofre contido em seu teor mineral, usualmente o FeS2 (pirita), removido, de modo que não pode produzir dióxido de enxofre.
O carvão é moído até a obtenção de partículas de tamanho bastante reduzido de carvão e mineral, como apresentam densidades diferentes mistura-se um líquido de densidade intermediária, permitindo que a parcela que contém o carvão suba à superfície. Outra separação do carvão seria utilizando um microorganismo que oxida o ferro da pirita, ou uma cultura de bactérias que deterioram o enxofre orgânico.
Na limpeza durante a combustão – usa-se o processo de combustão por leito fluidizado, de modo a reduzir as condições de combustão para não formar poluentes, o carvão pulverizado e o calcário são misturados e depois suspensos (fluidizados), com a ajuda de jatos de ar comprimido na câmara de combustão, então todo o dióxido de enxofre é capturado antes que escape. Este procedimento permite que as temperaturas de combustão sejam bastante reduzidas.
Na limpeza na pós-combustão – os gases emitidos passam por um granulado de óxido de cálcio, de modo que este aprisiona os dióxido de enxofre. Algumas tecnologias recentes são utilizadas na Europa como o processo SNOX, onde os gases resfriados circulam em um duto e são misturados com amônia gasosa para remover o óxido nítrico por meio de redução catalítica a fim de formar nitrogênio molecular. O gás resultante é reaquecido e o dióxido de enxofre é oxidado cataliticamente para formar trióxido de enxofre, que depois é hidratado em contato com água, condensado e removido. Após a remoção dos gases poluentes o carvão gaseificado é então queimado em uma turbina de gás para gerar eletricidade.
Além disto às usinas termoelétricas podem utilizar no lugar de carvão, petróleo ou gás natural de modo a reduzir a formação de dióxido de enxofre.
EFEITOS ECOLÓGICOS DA CHUVA ÁCIDA E DO SMOG FOTOQUÍMICO
Além do transporte de ácidos para o solo durante a precipitação, uma quantidade equivalente é depositada na superfície da Terra por meio de deposição seca, processo em que produtos químicos não –aquosos são depositados em sólidos e líquidos quando o ar que os contém entra em contato com o solo e os deposita como poluentes (ex. dióxido de enxofre gasoso é removido por deposição seca e não por oxidação pelo ar).
O processo de deposição úmida abrange a transferência de poluentes para a superfície da Terra pela chuva, neve ou neblina, a extensão em que a chuva ácida afeta a vida biológica depende da composição do solo e das rochas, as áreas mais afetadas são as constituídas de granito ou quartzo, porque o solo tem menor capacidade de neutralizar o ácido. Já as áreas compostas de rochas de calcárias, o ácido pode ser neutralizado de maneira eficiente (pois o carbonato de cálcio neutraliza o ácido).
A acidificação reduz a capacidade de crescimento de algumas plantas, inclusive aquelas que vivem em água doce. A chuva ácida pode levar à deteriorização do solo, quando o pH do solo é reduzido, os nutrientes das plantas, tais como os cátions potássio, cálcio e magnésio, são lixiviados.
Os lagos acidificados caracterizam-se por elevadas concentrações de alumínio (Al3+, já que ele interfere na absorção de nutrientes pelas árvores e plantas), responsáveis pela devastação e redução nas populações de peixes (reprodução alterada).
O Ozônio troposférico provoca um efeito sobre algumas culturas agrícolas devido a sua capacidade de atacar as plantas, já que ele reage com o gás eteno (etileno) emitido pelas plantas, gerando radicais livres que causam danos aos tecidos vegetais, também há uma redução da taxa de fotossíntese. Atingindo deste modo a economia de um país, já que o ozônio reduz o rendimento de culturas de trigo, milho, cevada, soja, algodão e tomate.
MATERIAL PARTICULADO E POLUIÇÃO ATMOSFÉRICA
A fumaça negra lançada no ar pelos caminhões a diesel é com freqüência a forma mais evidente de poluição do ar que encontramos rotineiramente, e ela é composta de material particulado. Particuladas são partículas finas de sólidos ou líquidos que se encontram suspensas no ar, em geral invisíveis.
No verão estas partículas são vistas na forma de neblina. As partículas suspensas em uma dada massa de ar não são todas do mesmo tamanho ou forma e tampouco apresentam a mesma composição química.
As menores partículas suspensas atingem cerca de 2nm de tamanho, já o limite superior para as partículas suspensas corresponde a dimensões de cerca de 0,1 mm. O diâmetro das partículas é sua propriedade mais relevante, e varia de 2,5 µm e são classificadas como grossa ou fina.
Nomes comuns as partículas atmosféricas: poeira ou fuligem para os sólidos (partículas grossas), enquanto névoa e neblina refere-se aos líquidos, um aerossol é um conjunto de particulados, essas partículas sólidas ou líquidas dispersos no ar.
Segunda a lei de Stokes, quanto menor a partícula, menor a velocidade de sedimentação da mesma e com isto ficam mais tempo suspensas no ar (dias ou semanas).
FONTES DE MATERIAL PARTICULADO – minerais poluentes, a maior parte tem origem no solo ou nas rochas, conseqüentemente tem sua composição similar da crosta terrestre: Al, Ca, Si e O. Temos também o pólen liberado pelas plantas (10-100µm), partículas cinzas vulcânicas, trituração de rochas em pedreiras, queima incompleta de combustíveis a base de carbono (carvão constitui a principal fonte de partículas pequenas de fuligem, que são a maioria). Conseqüentemente, uma das principais fontes de partículas atmosféricas à base de carbono, tanto finas como grossas, é a exaustão proveniente de veículos, especialmente os motores a diesel.
Cerca da metade dos compostos orgânicos presentes na fase particulada é formada pela reação dos COVs e de óxidos de nitrogênio na reação do smog fotoquímico, e corresponde a hidrocarbonetos parcialmente oxidados que incorporam oxigênio, para formar ácidos carboxílicos e compostos análogos, e nitrogênio, para formar grupos nitrados e espécies similares.
Outras partículas finas suspensas importantes na atmosfera consistem predominantemente de compostos inorgânicos de enxofre (do SO2 de vulcões e poluição) e nitrogênio (amônia, NH3, NO. E NO2).
ÍNDICE DE QUALIDADE NO AR – é medida por quantidade de matéria particulada presente em um dado volume, onde as unidades usuais são microgramas de matéria particulada por metro cúbico de ar (µg –m3), como as partículas menores é que tem efeito nocivo sobre a saúde, os governos monitoram concentração total de todas as partículas de diâmetro menores que 10µm (partículas inaláveis).
EFEITO DOS SMOGS E DO MATERIAL PARTICULADO NA SAÚDE
O principal problema ocasionado por poluição é respiratório e atinge principalmente crianças e idosos, como bronquite e asma. Outro problema ocasionado são os ataques cardíacos derivados de monóxido de carbono do ar.
A acidez da poluição é o agente de maior atividade nos casos de disfunção pulmonar, assim como o ozônio presente no smog fotoquímico, já que ele ataca as ligações C=C que se encontram nos tecidos dos pulmões.
As partículas pequenas são as mais nocivas para a saúde de um modo geral, pois elas são mais facilmente inaladas e chegam mais rápido ao pulmão sem serem filtradas.
QUÍMICA DETALHADA DA TROPOSFERA
O radical livre hidroxila é reativo com uma variedade de outras moléculas, incluindo os hidretos de carbono, nitrogênio e enxofre e com muitas moléculas contendo múltiplas ligações (duplas e triplas), inclusive CO e SO2.
A sua grande importância, apesar de ter um tempo de vida de apenas um segundo e os raios solares prolongarem sua duração, é que a sua presença iniciar a oxidação de todos os gases listados abaixo (e não o O2, como se pensava), exceto o HCl:
CH4 (metano) – derivado da decomposição biológica anaeróbia
NH3 (amônia) – derivado da decomposição biológica anaeróbia
H2S (sulfeto de hidrogênio) – o mesmo acima
HCl – o mesmo acima e de vulcões
CH3Cl (cloreto de metila) – derivado de oceanos
CH3Br (brometo de metila) – derivado de oceanos;
CH3I (iodeto de metila) – oceanos
CO (monóxido de carbono) – derivado de metano e incêndios
SO2 (dióxido de enxofre) – derivado de vulcões.
NO (óxido nítrico) – derivado de relâmpagos.
De fato, o OH tem sido chamado de limpador atmosférico a vácuo, já que as reações que ele inicia correspondem à queima, na ausência de chama, à temperatura ambiente dos gases reduzidos presentes nas camadas mais baixas da atmosfera.
As reações ocorrem com a hidroxila e não com o O2 por se tratar de um radical livre e não necessitar de energia de ativação para as reações propostas, e reagem por adição as duplas ligações.