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farmácia, bioquímica,fisiologia

Efeito Estufa

25/07/2003
EXPLICAÇÃO DO EFEITO ESTUFA
 

A análise do artigo "explainig the greenhouse effect" mostra uma grande interdisciplinaridade entre os conteúdos científicos abordados. O tema efeito estufa relaciona muitos aspectos ambientais, como aspectos químicos também. Baseado neste fato, e tendo como apoio o Currículo de ensino de Química no Segundo Grau, de 1988, pode-se n0otar a complexidade do assunto. O tema procura enfatizar o desenvolvimento do insight dos discentes, tendo como base de estudos o próprio interesse do discente. Este, por sua vez, procura pesquisar em livros, periódicos e outros, respostas para as perguntas feitas. De acordo com o currículo da CENP, são abordados temas como:
Combustão: estuda a combinação estável formada entre o oxigênio e o carbono, mostrando ser uma reação exotérmica e espontânea;

Petróleo: um dos combustíveis fósseis que contribuem para a elevada taxa de gás carbônico no ar. Vários de seus derivados, pós a combustão, produzem CO e CO2;

Tranformações químicas e energia calorífica: deve-se lembrar que a combustão é uma reação que envolve energia, e pode ser utilizada em algum processo mecânico;

Compostos de carbono e suas características: compostos largamente utilizados, cuja combustão, feita no descarte de lixo orgânico, assim como certas reações orgânicas, resultam em óxidos de carbono;

Gases: tratando-se de um gás, pode-se estudar variáveis dependentes como temperatura, pressão e volume, resultando em análise de concentração e explicar a variação de temperatura causada por gases em várias partes do mundo;

Natureza corpuscular da matéria: fato que pode ser mencionado quando se calcula a concentração do gás carbônico usando a espectrofotometria. Menciona-se apenas que existe um equipamento capaz de detectar compostos com ligações diferentes.

Poluição do ar:  mostra a queima de combustíveis fósseis e não-fósseis contribuem para o efeito estufa, assim como contribui também para a inversão térmica, ou mais conhecido como "smog". Fatos como o ciclo do carbono e a fotossíntese, assuntos abordados em ecologia e biologia, podem ser estudados em paralelo.

 
 
 
 
EFEITO ESTUFA - CONTRIBUIÇÃO DE OUTROS GASES
 
 

Além da água e do gás carbônico (CA-5), outros gases presentes na atmosfera em quantidade traço absorvem radiação térmica, contribuindo para o efeito estufa. Nessa atividade de estudo procuraremos fornecer dados para uma discussão sobre a importância desses gases no efeito estufa, e as principais fontes de produção desses poluentes.

Os principais gases traço analisados nessa atividade são: monóxido de carbono (CO), CFCs, metano (CH4), dióxido de nitrogênio (NO2), óxido nitroso (N2O), ozônio (O3) e dióxido de enxofre (SO2).

Na atividade CA-5 você já analisou e determinou a faixa de absorção em que água e o gás carbônico (dióxido de carbono) absorvem radiação. Na figura abaixo está representada a radiação térmica (radiação no infravermelho) da Terra em função do comprimento de onda, e a região do espectro onde o vapor de água e o gás carbônico absorvem.

Você pode representar as regiões no espectro térmico da Terra em que os demais gases traço absorvem. Para isso analise os gráfico de absorção dos gases em função do comprimento de onda, apresentado abaixo. Você pode se basear na análise já feita para a água (H2O) e o gás carbônico (CO2). Considere que os CFCs absorvem na faixa entre 8-12 m (na verdade existem pequenas diferenças na faixa de absorção de cada CFC, estamos considerando aqui a faixa que abrange os principais CFCs encontrados na atmosfera). Na verdade, os CFCs participam também de outro processo de alteração da atmosfera, a destruição da camada de ozônio (CA-9).
 

Figura a: Espectro da radiação térmica da Terra. Estão representadas as regiôes
do espectro em que CO2 e H2O absorvem.
 
Figura b: Espectro de absorção de CO2 , H2O(vapor), CO, CH4 N2O e O3 [Global Change].
100% - o gás é opaco, 0% - o gás é transparente.

Após essa análise você vai perceber que a janela ótica está muito menor, isso significa que os gases traço da atmosfera estão absorvendo grande parte da energia infravermelha, e consequentemente está ocorrendo um maior aquecimento global.

Entretanto, para determinarmos se um gás contribui significativamente para o efeito estufa precisamos analisar outros fatores além da sua região de absorção no infravermelho. Você seria capaz de imaginar quais outros fatores devem ser considerados para determinar a influência de um gás no efeito estufa?

O tempo de vida dos gases na atmosfera é um dado importante para avaliarmos seu efeito no aumento da temperatura global. Na tabela abaixo estão tabelados os tempos de vida dos gases traço na atmosfera. Analise e compare os valores do tempo de vida para os gases.
 

Gás Tempo de vida
Gás Carbônico 50-200 anos
Metano 10 anos
CFC-11* 65 anos
CFC-12* 130 anos
Óxido Nitroso 150 anos
Dióxido de Nitrogênio 1 dia
Dióxido de Enxofre Poucas semanas
 * Os CFCs mais abundantes na atmofera.
 
Os gases dióxido de nitrogênio e dióxido de enxofre têm um tempo de vida na atmosfera muito menor que os outros gases traço. Você saberia explicar o por quê? Quais as principais fontes desses gases na atmosfera? Esses gases contribuem, como poluentes, para outro tipo de desequilíbrio ambiental. Qual seria?

A seguir são apresentados dados tabelados sobre as principais fontes de liberação na atmosfera dos gases traço: monóxido de carbono, metano e óxido nitroso. Esses dados permitem uma avaliação da quantidade desses gases na atmosfera e uma discussão sobre as suas fontes. É importante que você (ou seus alunos) saiba distingüir entre as fontes naturais e as antropogênicas. Procure estimar a porcentagem dos gases na atmosfera que se devem à influência humana. A construção de gráficos tipo pizza podem auxiliar na visualização dos dados.

Outro ponto importante para a discussão é a razão pela qual os dados apresentados são na verdade faixas numéricas e não números precisos.

Uma sugestão para essa atividade é a realização de debates em pequenos grupos sobre cada um dos gases, e em seguida uma discussão global, conduzida pelo professor, sobre o papel desses gases no efeito estufa e sobre as possíveis medidas pra diminuir a sua emissão na atmosfera.

Atenção! É importante salientar, como mostram as tabelas, que o ciclo natural da vida terrestre é responsável por boa parte da produção desses gases, e dentro das condições naturais a presença desses gases na atmosfera e do efeito estufa é primordial para a existência da vida no globo terrestre. Sem a presença desses gases a temperatura na Terra variaria muito durante o dia (altas temperaturas de dia e baixas a noite), tornando inviável o desenvolvimento da vida. Nossa preocupação deve estar voltada ao efeito da atividade no aumento descontrolado e contínuo das concentrações desses gases e nos efeitos que esses aumento trará (traz) para o ecossistema terrestre.

    Fontes dos Gases - Traço
A unidade Tg (teragrama) que aparece nas tabelas abaixo é usualmente utilizada em cálculos globais. 1 Tg = 106 ton = 109 kg = 1012 g.
    Fontes de Óxido Nitroso
 
Principais Fontes Produção Anual (Tg de N2O)
Oceanos 2,2 - 4,1
Solo (Florestas Tropicais) 3,5 - 5,8
Solo (Florestas Temperadas) 1,1 - 2,4
Queima de Combustíveis 0,2 - 0,3
Queima de Biomassa 0,3
Fertilizantes 0,02 - 3,5
Total 7,2 - 16,5
OBS.: Os fertilizantes contém cátions amônio e a sua oxidação
no solo produz pequenas quantidades de N2O
    Fontes de Monóxido de Carbono
 
Principais Fontes Produção Anual (Tg de CO)
Fontes Tecnológicas 440 - 840
Queima de Biomassa 400 - 1600
Vegetação 50 - 100
Oceanos 10 - 190
Oxidação de Metano na Atmosfera 300 - 900
Oxidação de Hidrocarbonetos  
Naturais na Atmosfera
400 - 1400
Solos 2 - 32
Total 1600 - 5000
OBS.: O gás metano é oxidado na atmosfera a CO.
Para as suas discussões sobre fontes de CO considere que 50% do gás metano é proveniente
da atividade humana. Você terá dados mais corretos sobre a produção de metano na próxima tabela.

Hidrocarbonetos naturais são constituídos principalmente de uma classe de compostos conhecida como terpenos. Terpenos evaporam de árvores e outras plantas, como o mentol e a cânfora, geralmente possuem odores agradáveis.

O gráfico abaixo mostra a concentração de CO na atmosfera na Tasmânia, Austrália. Perceba que a concentração de CO na atmosfera varia durante o ano. Você pode discutir o porquê dessas variações.
 

Figura c: Concentração de CO na atmosfera.
Determinado na Tasmânia, Austrália [Global Change].
 
    Fontes de metano
     
    Principais Fontes Produção Anual (Tg de CH4)
    Pântanos ou Mangues 100 - 200
    Plantações de Arroz 20 - 150
    Fermentação Entétrica (ruminantes) 65 -100
    Perfuração e Transporte  
    de Gás de Petróleo
    25 -50
    Queima de Biomassa 20 - 80
    Termitas 10 - 50
    Terras Costeiras 20 - 70
    Mineração de Carvão 17 - 50
    Oceanos 5 - 20
    Água Potável 1 - 25
    Total 400 - 600
     OBS.: O arroz é plantado em terras alagadas que possuem pouco oxigênio. O metano é formado durante o
    crescimento da plantação de arroz, escapando para a atmosfera. A criação de bovinos e ovinos gera uma grande
    quantidade de metano, uma vez que o metabolismo deses ruminantes transforma os carboidratos ingeridos em
    metano em maior quantidade que dióxidode carbono (principal produto do metabolismo dos carboidratos do homem).
O gráfico abaixo ilustra o crescimento da concentração de metano, que vem
crescento desde 1850.

Figura d: Concentração de metano na atmosfera. Os dados foram
obtidos medindo-se a concentração de metano trapeada no gelo na
Antartida, em várias profundidades [Global Change].
 
    Dióxido de nitrogênio (NO2) e dióxido de enxofre (SO2)
A maior fonte de SO2 na atmosfera é a queima de carvão e derivados do petróleo, devido à presença de compostos de enxofre nesses combustíveis. O carvão é muito utilizado na Europa e nos EUA como fonte de energia para indústria e para a proidução de eletricidade. No Brasil, o uso do carvão é bastante limitado, e a principal fonte de SO2 é a queima de derivados do petróleo em indústrias e automóveis.

O SO2 é rapidamente oxidado a SO3 (trióxido de enxofre) na atmosfera, em reações com radicais hidroxílicos (CA-8) ou peróxido de hidrogênio (H2O2). Tanto o SO2 quanto o SO3 são muito solúveis em água, formando respectivamente o ácido sulfuroso e o ácido sulfúrico, como indicam as reações abaixo: 

SO2 + H2O2 ---> SO3 + H2O
SO2 + H2O ---> H2SO3
SO3 + H2O ---> H2SO4

O dióxido de nitrogênio também é formado nas combustões de carvão e derivados do petróleo. As altas temperaturas e pressão dos motores à explosão favorecem a reação entre o N2 e o O2 presentes na atmosfera, formando o óxido nítrico (NO). O NO reage prontamente, com o O2 do ar, formando o NO2. O NO2 dimeriza formando o N2O4, que é solúvel em 
água, produzindo os ácidos nitroso e nítrico, as reações estào representadas a seguir:
 

N2 + O2 ---> 2 NO
2 NO + O2 ---> 2 NO2
2 NO2 ---> N2O4
N2O4 + H2O ---> HNO3 + HNO2

A reação desses óxidos com água é um dos principais responsáveis pelo fenômeno chamado chuva ácida. A maior acidez na água da chuva causa diversos danos ao ambiente, como o empobrecimento do solo para a agricultura, e um maior desgastes das construções.

USP


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