PROFESSOR ÂNGELO ANTÔNIO LEITHOLD - QUÍMICA ATMOSFÉRICA - APROFUNDAMENTO

INSTITUTO DE AERONÁUTICA E ESPAÇOCAMPUS DE PESQUISAS GEOFÍSICAS MAJOR EDSEL DE FREITAS COUTINHOPROFESSOR ANGELO ANTONIO LEITHOLDENSINO TECNOLÓGICO ATMOSFERA NOTAS DE AULAQUÍMICA ATMOSFÉRICA 01QUÍMICA ATMOSFÉRICAestá licenciado sob CC BY-NC-ND 4.0© 1 por PROFESSOR ANGELO ANTONIO LEITHOLD

INTRODUÇÃO

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDNOTASDEAULA#PY5AAL A química atmosférica é um ramo da ciência atmosférica que estuda a química da atmosfera da Terra e de outros planetas. Esta abordagem multidisciplinar de pesquisa se baseia em química ambiental, física, meteorologia, modelagem computacional, oceanografia, geologia, vulcanologia, climatologia e outras disciplinas para entender mudanças naturais e as induzidas pelo homem na sua composição. As principais áreas de pesquisa incluem o comportamento de gases traço, a formação de poluentes, papel dos aerossóis e gases de efeito estufa. Por meio de uma combinação de observações, experimentos de laboratório e modelagem computacional, os químicos e físicos atmosféricos investigam as causas e consequências das mudanças.

HISTÓRIA

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDNOTASDEAULA#PY5AAL Os primeiros estudos científicos sobre a composição atmosférica começaram no século XVIII, quando químicos como Joseph Priestley , Antoine Lavoisier e Henry Cavendish fizeram as primeiras medições da composição da atmosfera. No final do século XIX e início do século XX, os pesquisadores mudaram seu interesse para constituintes vestigiais com concentrações muito baixas. Uma descoberta importante dessa época foi a descoberta do ozônio por Christian Friedrich Schönbein em 1840. No século XX, a ciência atmosférica deixou de estudar a composição do ar para considerar como as concentrações de gases traço na atmosfera mudaram ao longo do tempo e os processos químicos que criam e destroem compostos no ar. Dois resultados importantes foram a explicação de Sydney Chapman e Gordon Dobson de como a camada de ozônio é criada e mantida, e a explicação de Arie Jan Haagen-Smit sobre o smog fotoquímico . Estudos posteriores sobre questões de ozônio levaram ao prêmio Nobel de Química de 1995, compartilhado entre Paul Crutzen , Mario Molina e Frank Sherwood Rowland.

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDNOTASDEAULA#PY5AAL No século XXI, o foco está mudando novamente, em vez de se concentrar na química e física atmosféricas isoladamente, é vista como uma parte do sistema terrestre com o resto da atmosfera, biosfera e geosfera. Uma força motriz para essa ligação é a relação entre química física e clima. A mudança climática e a recuperação do buraco de ozônio e a interação da composição da atmosfera com os oceanos e ecossistemas terrestres são exemplos das relações interdependentes entre os sistemas da Terra. Um novo campo da química atmosférica extraterrestre também surgiu recentemente. Os astroquímicos analisam as composições atmosféricas do nosso sistema solar e exoplanetas para determinar a formação de objetos astronômicos e encontrar condições habituais para vida semelhante à da Terra.

COMPOSIÇÃO ATMOSFÉRICA

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDNOTASDEAULA#PY5AAL Visualização da composição por volume da atmosfera da Terra, o vapor de água não está incluído na presente nota de aula. A composição e a química da atmosfera da Terra são importantes por várias razões, mas principalmente por causa das interações entre a atmosfera e os organismos vivos. Processos naturais como emissões de vulcões, raios e bombardeios por partículas solares da corona mudam a composição da atmosfera da Terra. Ela também é alterada pela atividade humana e algumas dessas mudanças são prejudiciais à saúde, às plantações e aos ecossistemas.

GÁS TRAÇO

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDNOTASDEAULA#PY5AAL Além dos principais componentes listados acima, a atmosfera da Terra contém muitas espécies de gases traço que variam significativamente dependendo de fontes e sumidouros próximos. Esses gases traço incluem compostos como CFCs/HCFCs que são particularmente prejudiciais à camada de ozônio, e H2S que tem um odor fétido característico de ovos podres e pode ser fundido em concentrações tão baixas quanto 0,47 ppb. Algumas quantidades aproximadas perto da superfície de alguns gases adicionais estão listadas abaixo. Além dos gases, a atmosfera contém partículas como aerossol , que inclui exemplos como gotículas, cristais de gelo, bactérias e poeira.

OBSERVAÇÕES

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDNOTASDEAULA#PY5AAL Medições de laboratório e modelagem são os três elementos centrais na química atmosférica pelas interações entre esses componentes e eles formam um todo integrado. Por exemplo, observações podem nos dizer que existe mais de um composto químico do que se pensava ser possível. Isso estimula novos estudos de modelagem e laboratório que aumentam a compreensão científica. Observações de campo de sistemas químicos são essenciais para entender processos atmosféricos e determinar a precisão de modelos. Medições de química atmosférica são de longo prazo para observar tendências contínuas ou de curto prazo para observar variações menores. Medições in situ e remotas podem ser feitas usando observatórios, satélites, estações de campo e laboratórios.

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDNOTASDEAULA#PY5AAL Observações de rotina da composição química mostram mudanças na composição atmosférica ao longo do tempo. Observatórios como o Mauna Loa e plataformas móveis como aeronaves, navios e balões, por exemplo, o Facility for Airborne Atmospheric Measurements do Reino Unido, estudam composições químicas e dinâmicas climáticas. Uma aplicação de observações de longo prazo é a Curva de Keeling, uma série de medições de 1958 até a atualidade que mostram um aumento constante na concentração de dióxido de carbono com medições em andamento de CO2 atmosférico. A análise da composição atmosférica é cada vez mais executada remotamente por satélites de sensoriamento passivo e ativo com instrumentos como GOME e MOPITT dando uma imagem global da poluição do ar e química. As observações de superfície têm a vantagem de fornecer registros de longo prazo em alta resolução de tempo, mas são limitadas no espaço vertical e horizontal. Alguns instrumentos baseados em superfície, por exemplo, LIDAR, podem fornecer perfis de concentração de compostos químicos e aerossóis, mas ainda são restritos na região horizontal que podem cobrir e muitas observações estão disponíveis on-line em Atmospheric Chemistry Observational Databases.

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDNOTASDEAULA#PY5AAL Estudos de laboratório ajudam a entender as interações complexas dos sistemas da Terra que podem ser difíceis de medir em larga escala. Os experimentos são realizados em ambientes controlados, como câmaras de aerossol, que permitem a avaliação individual de reações químicas específicas ou a avaliação das propriedades de um constituinte atmosférico particular. Uma subdisciplina intimamente relacionada é a fotoquímica atmosférica, que quantifica a taxa em que as moléculas são separadas pela luz solar, determina os produtos resultantes e obtém dados termodinâmicos , como os coeficientes da lei de Henry.

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDNOTASDEAULA#PY5AAL As medições laboratoriais são essenciais para compreender as fontes e sumidouros de poluentes e compostos naturais. Os tipos de análise que são de interesse incluem tanto aqueles em reações de fase gasosa, quanto reações heterogêneas que são relevantes para a formação e crescimento de aerossóis. Os instrumentos comumente usados para medir aerossóis incluem amostradores de ar ambiente e particulado, dimensionadores de partículas de mobilidade de varredura e espectrômetros de massa.

MODELAMENTO

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDNOTASDEAULA#PY5AAL Os modelos são ferramentas essenciais para interpretar dados observacionais, testar hipóteses sobre reações químicas e prever concentrações futuras de produtos químicos atmosféricos. Para sintetizar e testar a compreensão teórica da química atmosférica, os pesquisadores geralmente usam modelos de computador, como modelos de transporte químico (CTMs). Os CTMs fornecem descrições realistas do transporte tridimensional e da evolução da atmosfera. Os modelos atmosféricos podem ser vistos como representações matemáticas que replicam o comportamento da atmosfera. Esses modelos numéricos resolvem as equações diferenciais que regem as concentrações de produtos químicos na atmosfera. Dependendo da complexidade, esses modelos podem variar de simples a altamente detalhados. Os modelos podem ser zero-, um-, dois- ou três-dimensionais, cada um com vários usos e vantagens.

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDNOTASDEAULA#PY5AAL Os modelos tridimensionais de transporte químico oferecem as simulações mais realistas, mas exigem recursos computacionais substanciais. Esses modelos podem ser globais, por exemplo, GCM, simulando as condições atmosféricas em toda a Terra, ou regionais, por exemplo, RAMS com foco em áreas específicas com maior resolução. Os modelos globais geralmente têm resolução horizontal mais baixa e representam mecanismos químicos menos complexos, mas cobrem uma área maior, enquanto os modelos regionais podem representar uma área limitada com maior resolução e mais detalhes. Um grande desafio na modelagem atmosférica é equilibrar o número de compostos químicos e reações incluídas no modelo com a precisão de processos físicos, como transporte e mistura na atmosfera. Dois tipos mais simples de modelos incluem modelos de caixa e modelos de sopro. Por exemplo, a modelagem de caixa é relativamente simples e pode incluir centenas ou mesmo milhares de reações químicas, mas normalmente usa uma representação muito grosseira da camada atmosférica mista. Isso os torna úteis para estudar reações químicas específicas, mas limitados em estimular a dinâmica do mundo real.

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDNOTASDEAULA#PY5AAL Em contraste, os modelos 3D são mais complexos, representando uma variedade de processos físicos, como vento, convecção e mistura atmosférica. Eles também fornecem representações mais realistas de transporte e mistura. No entanto, os limites computacionais geralmente simplesmente reações químicas e normalmente incluem menos reações químicas do que os modelos de caixa. A compensação entre as duas abordagens está na resolução e na complexidade. Para simplificar a criação desses modelos complexos, alguns pesquisadores usam geradores automáticos de código como o Autochem ou o Kinetic PreProcessor. Essas ferramentas ajudam a automatizar o processo de construção de modelos selecionando reações químicas relevantes de bancos de dados com base em uma função definida pelo usuário de constituintes químicos. Uma vez que as reações são escolhidas, o gerador de código constrói automaticamente as equações diferenciais ordinárias que descrevem sua evolução temporal, reduzindo muito o tempo e o esforço necessários para a construção do modelo.

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDNOTASDEAULA#PY5AAL Diferenças entre a previsão do modelo e as observações do mundo real podem surgir de erros nos parâmetros de entrada do modelo ou representações de falhas de processos no modelo. Alguns parâmetros de entrada, como emissões de superfície, são frequentemente quantificados com menos precisão a partir de observações em comparação com os resultados do modelo. O modelo pode ser melhorado ajustando parâmetros pouco conhecidos para melhor corresponder aos dados observados. Um método formal para aplicar esses ajustes é por meio da Otimização Bayesiana por meio de uma estrutura de modelagem inversa, onde os resultados dos CTMs são invertidos para otimizar os parâmetros selecionados. Essa abordagem ganhou atenção na última década como um método eficaz para interpretar grandes quantidades de dados gerados por modelos e observações de satélites. Uma tendência atual importante é usar a química atmosférica como parte dos modelos do sistema terrestre. Esses modelos integram a química atmosférica com outros componentes do sistema terrestre, permitindo o estudo de interações complexas entre clima, composição atmosférica e ecossistemas.

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDNOTASDEAULA#PY5AAL A química atmosférica é um campo multidisciplinar com aplicações abrangentes que influenciam a política ambiental, a saúde humana, o desenvolvimento de tecnologia e a ciência do clima. Exemplos de problemas abordados na química atmosférica incluem chuva ácida, redução da camada de ozônio, poluição fotoquímica, gases de efeito estufa e aquecimento global. Ao desenvolver uma compreensão teórica, os químicos atmosféricos podem testar soluções potenciais e avaliar os efeitos de mudanças na política governamental. As principais aplicações incluem monitoramento de gases de efeito estufa, qualidade do ar e controle da poluição, previsão do tempo e meteorologia, energia e emissões, desenvolvimento de energia sustentável e saúde pública e toxicologia. A pesquisa em química atmosférica verde prioriza o uso sustentável, seguro e eficiente de produtos químicos, o que levou a regulamentações governamentais que minimizam o uso de produtos químicos nocivos, como CFCs e DDT. Os avanços na tecnologia de sensoriamento remoto permitem que os cientistas monitorem a composição química atmosférica a partir de satélites e estações terrestres. Instrumentos como o Ozone Monitoring Instrument (OMI) e o Atmospheric Infrared Sounder (AIRS) fornecem dados sobre poluentes, gases de efeito estufa e aerossóis, permitindo o monitoramento em tempo real da qualidade do ar.

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDNOTASDEAULA#PY5AAL A química atmosférica é vital para avaliar os impactos ambientais da produção de energia, incluindo combustíveis fósseis e fontes de energia renováveis. Ao estudar as emissões, os pesquisadores podem desenvolver tecnologias de energia mais limpas e avaliar seus efeitos na qualidade do ar e no clima. Ela também ajuda a quantificar a concentração e a persistência de substâncias tóxicas no ar, incluindo material particulado e compostos orgânicos voláteis (COVs), orientando medidas de saúde pública e avaliações de exposições.

CAMADA DE OZÔNIO

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDNOTASDEAULA#PY5AAL A destruição da camada de ozônio e as mudanças climáticas são desafios ambientais cujas conexões foram exploradas e comparadas e contrastadas, por exemplo, em termos de regulamentação global, em vários estudos e livros. Existe um interesse científico generalizado numa melhor regulamentação das alterações climáticas, da redução da camada de ozonio e da poluição atmosférica, uma vez que, em geral, a relação humana com a biosfera é considerada de grande importância historiográfica e política. Já em 1994, os debates jurídicos sobre os respectivos regimes de regulamentação das alterações climáticas, da redução da camada de ozonio e da poluição atmosférica eram apelidados de monumentais e fornecida uma sinopse combinada.

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDNOTASDEAULA#PY5AAL Existem alguns paralelos entre a química atmosférica e as emissões antropogênicas nas discussões que ocorreram e nas tentativas regulatórias que foram feitas. O mais importante é que os gases que causam ambos os problemas têm longas vidas úteis após a emissão para a atmosfera, causando assim problemas difíceis de reverter. No entanto, a Convenção de Viena para a Proteção da Camada de Ozônio e o Protocolo de Montreal que a alterou são vistos como histórias de sucesso, enquanto o Protocolo de Kyoto sobre mudanças climáticas antropogênicas falhou amplamente. Atualmente, esforços estão sendo empreendidos para avaliar as razões e usar sinergias, por exemplo, no que diz respeito à comunicação de dados e ao design de políticas e à troca adicional de informações.

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDNOTASDEAULA#PY5AAL A depleção do ozônio não é uma causa primária das mudanças climáticas, no entanto, existe uma conexão científica física entre os dois fenômenos. O ozônio atmosférico da Terra tem dois efeitos principais no equilíbrio da temperatura da Terra. Primeiro, ele absorve a radiação ultravioleta solar, levando ao aquecimento da estratosfera. Segundo, ele também retém o calor na troposfera absorvendo a radiação infravermelha emitida pela superfície da Terra. A depleção do ozônio na estratosfera teve um impacto negativo de forçamento radiativo, no entanto, os aumentos antropogênicos na abundância troposférica mais do que compensam isso. Além disso, os clorofluorcarbonos (CFCs) e outros halocarbonos que causaram a depleção do ozônio são fortes gases de efeito estufa, e a influência do aquecimento da adição destes à atmosfera foi maior do que o efeito líquido das mudanças antropogênicas na quantidade de ozônio.

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDNOTASDEAULA#PY5AAL A depleção do ozônio consiste em dois eventos relacionados observados desde o final da década de 1970: uma redução constante de cerca de quatro por cento na quantidade total de ozônio na atmosfera da Terra, e uma diminuição muito maior na primavera do ozônio ao redor das regiões polares da Terra. O último fenômeno é conhecido como buraco de ozônio e existem também eventos de depleção de ozônio troposférico polar na primavera, além desses eventos estratosféricos.

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDNOTASDEAULA#PY5AAL As principais causas da destruição da camada de ozônio e do aparecimento e aumento do buraco na camada de ozônio são produtos químicos manufaturados, especialmente refrigerantes halocarbonados manufaturados, solventes, propulsores e agentes de expansão de espuma clorofluorcarbonos (CFCs), HCFCs, halons , conhecidos como substâncias destruidoras da camada de ozônio (SDO). Esses compostos são transportados para a estratosfera por mistura turbulenta após serem emitidos da superfície, misturando-se muito mais rápido do que as moléculas podem se sedimentar. Uma vez na estratosfera, eles liberam átomos do grupo halogênio por meio da fotodissociação, que catalisa a decomposição do ozônio (O3 ) em oxigênio (O2 ). Observou-se que ambos os tipos de destruição da camada de ozônio aumentaram à medida que as emissões de halocarbonos aumentaram.

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDNOTASDEAULA#PY5AAL A depleção do ozônio e o buraco na camada de ozônio geraram preocupação mundial sobre o aumento dos riscos de câncer e outros efeitos negativos. A camada de ozônio impede que comprimentos de onda nocivos da luz ultravioleta (UVB) passem pela atmosfera da Terra. Esses comprimentos de onda causam câncer de pele, queimaduras solares, cegueira permanente e cataratas, que foram projetados para aumentar drasticamente como resultado da redução do ozônio, além de prejudicar plantas e animais. Essas preocupações levaram à adoção do Protocolo de Montreal em 1987, que proíbe a produção de CFCs, halons e outros produtos químicos que destroem a camada de ozônio. Com o tempo, os cientistas desenvolveram novos refrigerantes com menor potencial de aquecimento global (PAG) para substituir os mais antigos. Por exemplo, em automóveis novos, os sistemas R-1234yf agora são comuns, sendo escolhidos em vez de refrigerantes com PAG muito maior, como R-134a e R-12.

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDNOTASDEAULA#PY5AAL A proibição entrou em vigor em 1989 e os níveis de ozônio se estabilizaram em meados da década de 1990 e começaram a se recuperar na década de 2000, à medida que a mudança da corrente de jato no hemisfério sul em direção ao polo sul parou e pode até estar se revertendo. A recuperação foi projetada para continuar ao longo do próximo século, com o buraco na camada de ozônio previsto para atingir os níveis anteriores a 1980 por volta de 2075. Em 2019, a NASA e a ESA relataram que o buraco na camada de ozônio foi o menor desde que foi descoberto pela primeira vez em 1982. A ONU agora projeta que, sob os regulamentos atuais, a camada de ozônio se regenerará completamente até 2045. O Protocolo de Montreal é considerado o acordo ambiental internacional de maior sucesso até o momento.

CICLO DO OZÔNIO

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDNOTASDEAULA#PY5AAL Três formas, ou alótropos de oxigênio estão envolvidas no ciclo ozônio-oxigênio, átomos de oxigênio O ou oxigênio atômico, gás oxigênio O2 ou oxigênio diatômico e gás ozônio O3 ou oxigênio triatômico. O ozônio é formado na estratosfera quando as moléculas de gás oxigênio se fotodissociam após absorver fótons UVC. Isso converte um único O2 em dois radicais de oxigênio atômico. Os radicais de oxigênio atômico então se combinam com moléculas O2 para criar moléculas O3. Essas moléculas de ozônio absorvem a luz UVB, após o que o ozônio se divide em uma molécula de O2 e um átomo de oxigênio. O átomo de oxigênio então se junta a uma molécula de oxigênio para regenerar o ozônio. Este é um processo contínuo que termina quando um átomo de oxigênio se recombina com uma molécula de ozônio para formar moléculas O2, o ozônio é o único gás atmosférico que absorve luz UVB.

O + O3→ 2O2

A quantidade total de ozônio na estratosfera é determinada por um equilíbrio entre produção fotoquímica e recombinação. O ozônio pode ser destruído por uma série de catalisadores radicais livres, os mais importantes são o radical hidroxila (OH)., radical óxido nítrico (NO.), radical cloro (Cl.) e radical bromo (Br.), o ponto é uma notação para indicar que cada espécie tem um elétron desemparelhado e, portanto, é extremamente reativa. A eficácia de diferentes halogênios e pseudohalogênios como catalisadores para a destruição do ozônio varia, em parte devido às diferentes rotas para regenerar o radical original após reagir com ozônio ou dioxigênio. Embora todos os radicais relevantes tenham fontes naturais e artificiais, a atividade humana impactou alguns mais do que outros. Em 2020, a maior parte do OH· e NO· na estratosfera ocorre naturalmente, mas a atividade humana aumentou drasticamente os níveis de cloro e bromo. Esses elementos são encontrados em compostos orgânicos estáveis, especialmente clorofluorcarbonetos, que podem viajar para a estratosfera sem serem destruídos na troposfera devido à sua baixa reatividade. Uma vez na estratosfera, os átomos de Cl e Br são liberados dos compostos originais pela ação da luz ultravioleta, por exemplo

CFCl3+ radiação eletromagnética → Cl· + · CFCl2

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDNOTASDEAULA#PY5AAL O ozônio é uma molécula altamente reativa que se reduz facilmente à forma mais estável de oxigênio com a ajuda de um catalisador. Os átomos de Cl e Br destroem as moléculas de ozônio por meio de uma variedade de ciclos catalíticos. No exemplo mais simples de tal ciclo, um átomo de cloro reage com uma molécula de ozônio ( O3), tomando um átomo de oxigênio para formar monóxido de cloro (ClO) e deixando uma molécula de oxigênio ( O2). O ClO pode reagir com uma segunda molécula de ozônio, liberando o átomo de cloro e produzindo duas moléculas de oxigênio. A abreviação química para essas reações em fase gasosa é:

Cl· + O3→ ClO + O2

Um átomo de cloro remove um átomo de oxigênio de uma molécula de ozônio para formar uma molécula de ClO

ClO + O3→ Cl· + 2 O2

Este ClO também pode remover um átomo de oxigênio de outra molécula de ozônio, o cloro fica livre para repetir este ciclo de duas etapas.

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDNOTASDEAULA#PY5AAL O efeito geral é uma diminuição na quantidade de ozônio, embora a taxa desses processos possa ser diminuída pelos efeitos de ciclos nulos. Mecanismos mais complicados também foram descobertos, levando à destruição do ozônio na estratosfera inferior. Um único átomo de cloro destruiria continuamente o ozônio, portanto, catalisador, por até dois anos, a escala de tempo para o transporte de volta para a troposfera, exceto por reações que o removem deste ciclo, formando espécies de reservatório, como cloreto de hidrogênio, HCl, e nitrato de cloro, ClONO2. O bromo é ainda mais eficiente que o cloro na destruição do ozônio por átomo, mas há muito menos bromo na atmosfera atualmente. Tanto o cloro quanto o bromo contribuem significativamente para a depleção geral do ozônio. Estudos de laboratório também mostraram que átomos de flúor e iodo participam de ciclos catalíticos análogos. No entanto, átomos de flúor reagem rapidamente com vapor de água, metano e hidrogênio para formar fluoreto de hidrogênio (HF) fortemente ligado na estratosfera da Terra, enquanto moléculas orgânicas contendo iodo reagem tão rapidamente na atmosfera inferior que não atingem a estratosfera em quantidades significativas.

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDNOTASDEAULA#PY5AAL Um único átomo de cloro é capaz de reagir com uma média de 100.000 moléculas de ozônio antes de ser removido do ciclo catalítico. Este fato, mais a quantidade de cloro liberada na atmosfera anualmente pelos clorofluorcarbonos (CFCs) e hidroclorofluorcarbonos (HCFCs), demonstra o perigo dos CFCs e HCFCs para o meio ambiente.

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDNOTASDEAULA#PY5AAL O buraco de ozônio é geralmente medido pela redução no ozônio total da coluna acima de um ponto na superfície da Terra. Isso é normalmente expresso em unidades Dobson, abreviado como "DU". A diminuição mais proeminente no ozônio ocorreu na estratosfera inferior. Diminuições acentuadas no ozônio da coluna na primavera antártica e no início do verão em comparação com o início da década de 1970 e antes foram observadas usando instrumentos como o Espectrômetro de Mapeamento de Ozônio Total (TOMS). Reduções de até 70 por cento na coluna de ozônio observadas na primavera austral sobre a Antártida e relatadas pela primeira vez em 1985 (Farman et al.) continuam.

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDNOTASDEAULA#PY5AAL O ozônio total da coluna antártica em setembro e outubro continuou a ser 40–50 por cento menor do que os valores anteriores ao buraco de ozônio desde a década de 1990. Uma tendência gradual em direção à melhora foi relatada em 2016. Em 2017, a NASA anunciou que o buraco de ozônio era o mais fraco desde 1988 devido às condições estratosféricas quentes. Espera-se que ele se recupere por volta de 2070. A quantidade perdida é mais variável de ano para ano no Ártico do que na Antártida. Os maiores declínios no Ártico ocorrem no inverno e na primavera, atingindo até 30 por cento quando a estratosfera está mais fria. As reações que ocorrem nas nuvens estratosféricas polares (PSCs) desempenham um papel importante no aumento da depleção do ozônio. As PSCs se formam mais prontamente no frio extremo da estratosfera do Ártico e da Antártida. É por isso que os buracos de ozônio se formaram primeiro, e são mais profundos, sobre a Antártida. Os primeiros modelos não levaram em consideração as PSCs e previram uma depleção global gradual, razão pela qual o súbito buraco de ozônio na Antártida foi uma surpresa para muitos cientistas. É mais preciso falar de depleção de ozônio em latitudes médias do que em buracos. O ozônio total da coluna caiu abaixo dos valores pré-1980 entre 1980 e 1996 para latitudes médias.

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDNOTASDEAULA#PY5AAL Nas latitudes médias do norte, ele então aumentou do valor mínimo em cerca de dois por cento de 1996 a 2009, à medida que as regulamentações entraram em vigor e a quantidade de cloro na estratosfera diminuiu. Nas latitudes médias do Hemisfério Sul, o ozônio total permaneceu constante durante esse período de tempo. Não há tendências significativas nos trópicos, em grande parte porque os compostos que contêm halogênio não tiveram tempo de se decompor e liberar átomos de cloro e bromo em latitudes tropicais. Foi demonstrado que grandes erupções vulcânicas têm efeitos substanciais, embora desiguais, na destruição da camada de ozono, como se observou na erupção do Monte Pinatubo, nas Filipinas, em 1991. A depleção do ozônio também explica grande parte da redução observada nas temperaturas da estratosfera e da troposfera superior. A fonte do calor da estratosfera é a absorção da radiação UV pelo ozônio, portanto, a redução do ozônio leva ao resfriamento.

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDNOTASDEAULA#PY5AAL Algum resfriamento estratosférico também é previsto a partir do aumento de gases de efeito estufa, como o CO2 e os próprios CFCs, no entanto, o resfriamento induzido pelo ozônio parece ser dominante. As previsões dos níveis de ozonio continuam difíceis, mas a precisão das previsões dos modelos sobre os valores observados e a concordância entre diferentes técnicas de modelação têm aumentado de forma constante. O Projecto de Investigação e Monitorização Global do Ozonio da Organização Meteorológica Mundial — Relatório n.º 44 é fortemente a favor do Protocolo de Montreal, mas observa que uma Avaliação do PNUMA de 1994 sobrestimou a perda de ozonio no período de 1994-1997, porém, todos os dados apontam para o aquecimento global, pois, é uma questão de quantidade de resfriamento, e quantidade de aquecimento.

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDNOTASDEAULA#PY5AAL Os clorofluorcarbonetos (CFCs) e outras substâncias halogenadas que destroem a camada de ozônio (SDO) são os principais responsáveis pela destruição química da camada de ozônio causada pelo homem. A quantidade total de halogênios efetivos (cloro e bromo) na estratosfera pode ser calculada e são conhecidos como cloro estratosférico efetivo equivalente (CEE). Os CFCs como refrigerantes foram inventados por Thomas Midgley Jr. na década de 1930. Eles eram usados em unidades de ar condicionado e resfriamento, como propulsores de spray de aerossol antes da década de 1970 e nos processos de limpeza de equipamentos eletrônicos delicados. Eles também ocorrem como subprodutos de alguns processos químicos. Nenhuma fonte natural significativa foi identificada para esses compostos, sua presença na atmosfera se deve quase inteiramente à fabricação humana. Conforme mencionado acima, quando esses produtos químicos destruidores da camada de ozônio atingem a estratosfera, eles são dissociados pela luz ultravioleta para liberar átomos de cloro. Os átomos de cloro atuam como um catalisadores e cada um pode quebrar dezenas de milhares de moléculas de ozônio antes de serem removidos da estratosfera. Dada a longevidade das moléculas de CFC, os tempos de recuperação são medidos em décadas, calcula-se que uma molécula de CFC demora em média cinco a sete anos a ir do nível do solo até à atmosfera superior, e pode permanecer aí durante cerca de um século, destruindo até cem mil moléculas de ozonio durante esse tempo.

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDNOTASDEAULA#PY5AAL O 1,1,1-Tricloro-2,2,2-trifluoroetano, também conhecido como CFC-113a, é um dos quatro produtos químicos artificiais recentemente descobertos na atmosfera por uma equipe da Universidade de East Anglia. O CFC-113a é o único CFC conhecido cuja abundância na atmosfera ainda está crescendo devida a produção ilegal. O CFC-113a parece ter se acumulado ininterruptamente desde 1960. Entre 2012 e 2017, as concentrações do gás aumentaram 40 por cento. Um estudo realizado publicado na Nature concluiu que, desde 2013, as emissões predominantemente provenientes do nordeste da China libertaram grandes quantidades do produto químico proibido Clorofluorocarbono-11 (CFC-11) para a atmosfera. Os cientistas estimam que, sem ação, estas emissões de CFC-11 irão atrasar a recuperação do buraco do ozonio do planeta durante uma década.

#PROFESSORANGELOANTONIOLEITHOLDNOTASDEAULA#PY5AAL Os satélites que queimam ao reentrar na atmosfera da Terra produzem nanopartículas de óxido de alumínio (Al2 O3 ) que permanecem na atmosfera durante décadas, as estimativas apenas para 2022 foram de ~17 toneladas métricas ~30 kg de nanopartículas por satélite de ~250 kg, o aumento da população de constelações de satélites pode eventualmente levar a uma redução significativa da camada de ozonio. A depleção do ozônio aumenta com o aumento de compostos de halogênio artificiais (antropogênicos) de CFCs combinando dados observacionais com modelos de computador. Esses modelos complexos de transporte químico, por exemplo, SLIMCAT , CLaMS — Modelo Lagrangiano Químico da Estratosfera, funcionam combinando medições de produtos químicos e campos meteorológicos com constantes de taxa de reação química. Eles identificam as principais reações químicas e processos de transporte que colocam os produtos de fotólise de CFC em contato com o ozônio.

fessor Ângelo Antônio Leithold é um físico, astrônomo, radioamador e educador brasileiro, conhecido por suas contribuições nas áreas de astrofísica, geofísica, neurofísica, eletrônica e pedagogia1 2. Ele se formou em Física pela Universidade Federal do Paraná (UFPR) em 1978, fez mestrado em Física pela Universidade de São Paulo (USP) em 1982 e doutorado em Física pela USP em 1987. Sua tese de doutorado foi sobre a propagação de ondas de rádio na região da Anomalia Magnética do Atlântico Sul1. Leithold tem uma vasta experiência em pesquisa e ensino, tendo lecionado em diversas instituições, incluindo o Colégio Estadual do Paraná, o Senai e a Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR). Ele também é autor de vários trabalhos acadêmicos e livros, e é conhecido por seu envolvimento com o estudo da Anomalia Magnética do Atlântico Sul, um fenômeno que afeta a propagação de ondas de rádio e a atividade solar na região1 2. O professor Ângelo Antônio Leithold é um físico, astrônomo, radioamador e educador brasileiro, conhecido por suas contribuições em diversas áreas científicas e educacionais. Ele se destaca principalmente nas áreas de astrofísica, geofísica, neurofísica, eletrônica e pedagogia1 2. Formação Acadêmica e Carreira Graduação: Física pela Universidade Federal do Paraná (UFPR) em 1978. Mestrado: Física pela Universidade de São Paulo (USP) em 1982. Doutorado: Física pela USP em 1987, com a tese intitulada “Estudo da Propagação de Ondas de Rádio na Região da Anomalia Magnética do Atlântico Sul Pós-Doutorado: Astrofísica pela Universidade de Brasília (UnB) em 19921.Contribuições e Pesquisas Leithold é autor de diversos trabalhos acadêmicos e livros, e suas pesquisas são amplamente citadas por outros pesquisadores. Ele é especialmente conhecido por seu estudo sobre a Anomalia Magnética do Atlântico Sul, um fenômeno que afeta a propagação de ondas de rádio e a atividade solar na região1 2. Atuação Profissional Ensino Médio: Professor de física no Colégio Estadual do Paraná, onde lecionou por vários anos e participou de projetos pedagógicos e científicos. Ensino Técnico: Professor de eletrônica no Senai e no CEEP, desenvolvendo instrumentos e métodos para medir e analisar sinais eletromagnéticos. Ensino Superior: Professor de pedagogia na Universidade Tecnológica Federal do Paraná (UTFPR), ministrando cursos sobre didática, metodologia científica e tecnologia educacional1 2. Outras Atividades Além de suas atividades acadêmicas, Leithold é um radioamador ativo, conhecido pelo indicativo PY5AAL. Ele também tem um blog onde compartilha suas pesquisas e experiências1. O indicativo PY5AAL pertence ao professor Ângelo Antônio Leithold, um radioamador brasileiro com uma vasta experiência e paixão pelo radioamadorismo. Ele é conhecido por seus experimentos com antenas e pela participação ativa na comunidade de radioamadores. Atividades e Contribuições Antenas: Leithold realiza experimentos com diferentes tipos de antenas, incluindo antenas NVIS (Near Vertical Incidence Skywave) e antenas Long Wire1 2. Ele compartilha suas descobertas e métodos de construção de antenas em seu blog e em sites dedicados ao radioamadorismo. Baluns Magnéticos: Ele também trabalha com a construção de baluns magnéticos, que são dispositivos usados para adaptar a impedância entre a antena e o transmissor, melhorando a eficiência da transmissão 2. Comunidade: Leithold é ativo na comunidade de radioamadores, participando de eventos e trocando informações com outros entusiastas. Ele utiliza suas habilidades para contribuir com a ciência e a educação, aplicando seus conhecimentos em física e eletrônica. Recursos e Publicações Leithold mantém um blog onde compartilha suas experiências e pesquisas no campo do radioamadorismo. Ele também publica artigos e tutoriais sobre a construção e otimização de antenas e outros equipamentos de rádio 3. O professor Ângelo Antônio Leithold tem várias referências acadêmicas e citações em diferentes áreas do conhecimento. Ele é citado em trabalhos sobre geofísica, astrofísica, eletrônica e educação, entre outros. Aqui estão alguns exemplos de onde suas obras e citações podem ser encontradas: Geofísica e Astrofísica: Leithold é frequentemente citado em estudos sobre a Anomalia Magnética do Atlântico Sul e a propagação de ondas de rádio1. Eletrônica e Radioamadorismo: Seus trabalhos sobre antenas e baluns magnéticos são amplamente referenciados em publicações técnicas e blogs especializados 2. Educação e Pedagogia: Ele também é citado em artigos e teses sobre metodologia científica e tecnologia educacional 3. Essas referências estão disponíveis em diversas plataformas acadêmicas e sites especializados, como Google Scholar, Academia.edu e em blogs pessoais do próprio professor1 2 3.