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PROPOSTA DE CAPACITAÇÃO
DESCENTRALIZADA
PROJETO BEM-ESTAREscola de Artes, Ciências e
HumanidadesSão Paulo, 3 de setembro de 2009
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Tema 1 - Poluição e saúdeProfessoras responsáveis: Helene Mariko Ueno e Rita Yuri Ynoue
Ementa:- principais grupos de poluentes do ar, do solo e da água;- evolução: origem (fontes naturais e antropogênicas), processos de dispersão e transporte e eventuais sumidouros; - implicações destas formas de poluição sobre a saúde humana;- principais desafios a serem enfrentados do ponto de vista ambiental e da saúde humana.
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Tema 1 - Poluição e saúdeProfessoras responsáveis: Helene Mariko Ueno e Rita Yuri Ynoue
([email protected]) Ementa:- principais grupos de poluentes do ar;- evolução: origem (fontes naturais e antropogênicas), processos de dispersão e transporte e eventuais sumidouros; - implicações destas formas de poluição sobre a saúde humana;- principais desafios a serem enfrentados do ponto de vista ambiental e da saúde humana.
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Programação
• Evolução da atmosfera e de sua composição
• Poluição urbana: a Região Metropolitana de São Paulo
• Poluição regional: smog fotoquímico, deposição ácida e ilhas de calor
• Poluição global: Camada de ozônio e mudanças climáticas
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Elementos até o Ferro (Fe) são formados nas estrelas
http://herschel.jpl.nasa.gov/chemicalOrigins.shtml
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Elementos mais pesados que o Fe são formados apenas com a explosão de supernovas
http://herschel.jpl.nasa.gov/chemicalOrigins.shtml
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Elementos mais abundantes no Universo
http://www.seafriends.org.nz/oceano/abund.htm
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FORMAÇÃO DO SISTEMA SOLAR
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Elementos mais abundantes do Sol
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http://zebu.uoregon.edu/internet/l2.html
FORMAÇÃO DA TERRA
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Elementos mais abundantes na crosta da Terra
http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/Hbase/geophys/mincomp.html#c3
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Composição Atmosférica de Vênus, Terra e Marte
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A atmosfera primitiva• Produzida pela emissão de gases de atividade vulcânica.
• Os gases emitidos por três vulcões hoje são mostrados na tabela abaixo (%):
• Além disso também eram emitidos N2 e H2
• Kasting questiona emissões de NH3 (amônia) e CH4(metano)
• Nota-se que não há emissão de O2 (oxigênio livre)http://www.globalchange.umich.edu/globalchange1/current/lectures/first_billion_years/first_billion_ye
ars.html
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Composição das águas
• Águas doces: HCO3-, Ca++, K+, Mg++
• Oceanos: Cl-, Na+
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Empobrecimento de CO2 na atmosfera
CO2 + CaSiO3 →→→→ SiO3 + CaCO3
Dióxido decarbono
Silicato decálcio
(tipo de rocha )
Quartzo(areia)
Carbonato decálcio
(mármore )
CHUVA
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Fotossíntese• A maior produção de oxigênio se deu pelo processo
de fotossíntese:
6CO2 + 6H2O <--> C6H12O6 + 6O2
Onde o dióxido de carbono e água, na presença de luz, produzem matéria orgânica e oxigênio.
• Inicialmente, este processo foi realizado pelas cianobactérias (microorganismos que têm estrutura celular que corresponde a célula de uma bactéria. São fotossintetizadoras, apresentando fotossistemas, mas sem estar organizados em cloroplastos, como as plantas).
• → fotossíntese → grande consumo de CO2 daatmosfera e liberação de O2 em quantidade(primeiro lixo da biosfera)
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Acumulação de oxigênio produzido
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Evolução da Composição da atmosfera terrestre
CO2 N2 (78%) N2 O2 (20%)
H2O CO2 caráter ácido
e redutor caráter
oxidante
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Elementos mais abundantes na crosta, oceano e plantas
http://www.seafriends.org.nz/oceano/abund.htm
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Quais os elementos presentes na atmosfera?
• Nitrogênio
• Oxigênio
• Carbono
• Hidrogênio
• Enxofre
• Gases Nobres: He, Ne, Ar
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Composição média da Atmosfera
N2O 310
H2
CO
500
100
30
ppb
CO2
CH4 (1.8)
ppm
380
Ne
18He (5)
HCHO 300
Etano
SO2
NOx
500
200100
ppt
NH3 400
CH3OOH 700
H2O2 500
HNO3 300
outrosH2O
Argonio
20%
78%
1%
Oxigênio
Nitrogênio
Ozônio
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E quais os principais elementos dos seres vivos?
CICLOS BIOGEOQUÍMICOS (CICLAGEM DE NUTRIENTES)Nutrientes = elementos essenciais aos seres vivos
Fertilizantes: N, P, S, K
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Ciclo da água
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Ciclo do Carbono
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Ciclo do Nitrogênio
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O ciclo do Enxofre
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• Homo erectus...
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Evolução do impacto ambiental ao longo dos anos
Época Consumo deenergia diário per
capita (kcals)
Principais fontes Uso Impacto ambiental
1.000.000 AC 2.000 Alimentos; forçahumana
Vida diária Mínimo
100.000 AC 4-5.000 Alimentos; fogo;ferramentassimples
Aquecimento;cozimento dealimentos; caça
Local e pequeno;principalmentedestruição davegetação eredução dapopulação deanimais
5.000 AC 12.000 Animais;agricultura
Transportes;agricultura;construção
Local e grande;principalmente emcentros deagricultura (Egito,Mesopotâmia);vegetação nativacede lugar aculturas; ambienteaquáticomodificado; inícioda degradação dossolos
1.400 DC 26.000 Vento, água,carvão, moinhos,roda d’água
Operaçõesmecânicas; bombasde água;serralherias;moagem de grãos;transporte
Local, grande epermanente;vegetação naturalremovida; poluiçãourbana
1.800 DC 50.000 Carvão, máquinas avapor
Operaçõesmecânicas;processosindustriais;transporte
Local, regional egrande; começamasmaiores mudançasna paisagem;poluição do ar e daágua comuns emáreas industriais
1.980 DC 300.000 Combustíveisfósseis, energianuclear, combustãointerna emmáquinas,eletricidade
Operaçõesmecânias; processosindustriais;transporte;desenvolvimentosocial e cultural
Local; regional eglobal; permanentee talvezirreversíveisdeteriorações do ar,solo e água emescala global;chuva ácida; efeitoestufa; buraco deozônio; aumento daturbidezatmosférica
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Combustão
•Idealmente
Combustível + ar —> CO2 + H2O + calor
•Realidade
Combustível + ar —> CO2 + H2O + calor +
NOx + SO2 + CO + Partículas +
+ combustível não queimado (hidrocarbonetos)
+ COVs (compostos orgânicos voláteis)
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Interferência das atividades humanas sobre os ciclos
biogeoquímicos
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O que é poluição?
• Difícil de se definir uma vez que váriospoluentes, em baixas concentrações sãonutrientes essenciais para o desenvolvimento de ecossistemas.
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Definição de poluente atmosférico
• Poluente: qualquer substância presente no ar e que pela sua concentração possa torná-lo impróprio, nocivo ou ofensivo à saúde, inconveniente ao bem-estar público, danoso aos materiais, à fauna e à flora ou prejudicial àsegurança, ao uso e gozo da propriedade e às atividades normais da comunidade.
• Existe poluição do ar quando a presença de uma substância estranha ou a variação significativa na proporção dos seus constituintes é suscetível de provocar doenças
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Aspectos Gerais
• A maior parte dos compostos consideradospoluentes atmosféricos tem origem tanto natural quanto antropogênica.
• A poluição atmosférica não é um fenômenorecente: na época medieval, a queima de carvão era proibida em Londres, enquanto o Parlamento estava em sessão.
• A intensidade dos problemas de poluição do ar, no entanto teve um aumento dramático devidoao aumento de emissões desde a RevoluçãoIndustrial
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Poluição local
• Problemas de poluição do ar noticiados no século XIX e início do século XX erambasicamente locais, concentrados aoredor de centros industriais ou grandescidades.
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O episódio de poluição atmosférica em
Londres, 1952: relação entre concentração de fumaça e óbitos
Smog sulfuroso
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Episódio de poluição atmosférica em Londres, 1962: confirmado a presença de
aerossóis contendo sais de sulfato e ácido
sulfúrico
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Smog de Los Angeles
• No final da década de 1940, um novo fenômeno de poluição do ar começou a ser observado na área de Los Angeles, EUA.
• Diferentemente do smog de Londres, o ar ambiente continha poluentes extremamente oxidantes e os eventos ocorriam em dias quentes com muita incidência de radiação solar.
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smog = smoke + fog
(poeira + neblina)
Queima de carvão (Revolução industrial) –
smog sulfuroso ou londrino
Queima de combustíveis fosseis (veículos) –
smog fotoquímico ou de Los-Angeles
Poluição urbana
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luz solar
óxidos de nitrogênio e compostos orgânicos voláteis
smogfotoquímico(castanho)
smogindustrial(cinzento)
Fog ou ar úmido
SO2 e MP originados da queima de carvão
a) smog industrial, ou smog cinza, ocorre quando carvão é queimado e a atmosfera está úmida (ex. Londres);
b) smog fotoquímico, ou fumaça castanha, ocorre em presença de luz solar agindo sobre poluentes veiculares (ex. Los Angeles e São Paulo).
a b
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Smog na Cidade do México, devido localização geográfica e
tráfego veicular.
Donora, Pensilvânia - em outubro de 1944 foi cenário de um grande
desastre de poluição de ar.
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Smog fotoquímico em São Paulo (~1990).
O gás de cor castanha, NO2, é formado quando o NO,
que é um gás incolor, reage com o oxigênio do ar.
(P.W. Atkins, “Atoms, Electrons, and Change”, 1991)
Smog fotoquímico
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Processos e reações em atmosfera urbana poluída.
HO. Radical hidroxila
SO2
HNO3
H2SO4H2O
NO2
H2SO4
Poluentes primáriosNO NO2 SO2COVs Partículas
SMOG FOTOQUÍMICOO3 ozônio
O oxigênio atômico
CO2NO
HO2.
CO, O2
hνννν
HO2.
H2O2 peróxido de hidrogênio
SO3
H2O
SO2, O2
hνννν
NO2
O2
Poluentes secundáriosO3, H2O2
HNO3H2O2
Ácidos carboxílicosÍons solúveis
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Poluição regional
• Efeitos da poluição atmosférica foramdetectados em escalas regionais (>500 km), continentais e globais apenas a partir dasegunda metade do século XX.
• Na década de 1960, efeitos regionais a continentais da deposição ácida (chuva ácida) começaram a ser observados.
• Começaram a ser reportandos tambémepisódios de smog fotoquímico em grandescidades dos EUA, como Los Angeles, e daEuropa.
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Deposição ácida
• A observação da deposição ácida, mais comumente conhecida como “chuva ácida” também tem um longo histórico.
• Na Inglaterra e Suécia, a presença de compostos de enxofre e ácidos no ar e chuva já eram conhecidos no século XVIII.
• Robert Angus Smith analisou a chuva perto da cidade de Manchester e identificou 3 áreas:
• ‘‘that with carbonate of ammonia in the fields at a distance, that with sulfate of ammonia in the suburbsand that with sulphuric acid or acid sulphate, in thetown.’’
• Em seu livro: Air and Rain: The Beginnings of a ChemicalClimatology (1872), Smith cunhou o termo “chuva ácida”e descreveu vários dos fatores envolvidos como queima de carvão e quantidade e freqüência da precipitação.
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Precursores da Deposição Ácida
• Poluição atmosférica industrial, especialmente produtos da combustão– dióxido de enxofre (SO2)
– óxidos de nitrogênio (NOx)
• Transporte atmosférico– Os impactos podem ocorrer distantes das
fontes de emissão
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pH Natural da Chuva
• A chuva naturalmente tem um pH de 5.6 devido ao CO2
• A acidez da chuva é importante paraprocessos como o intemperismo de rochas
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Fatores de Emissão de UsinasTérmicas
Carvão Óleo Gás NaturalPartículas 1,28 g/MJ 0,07 g/MJ 0,00042 g/MJ
1,45 g/MJ 0,91 g/MJ 0,00025 g/MJ
0,43 g/MJ 0,19 g/MJ 0,22977 g/MJCO 0,01 g/MJ 0,01 g/MJ 0,01671 g/MJ
SO2
NOx
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Efeitos da deposição ácida: materiais e florestas
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Efeitos da deposição ácida
1908 1969
Deterioração de mármore - Herten, Alemanha.
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Poluição global
• O efeito em dimensões globais, tais como a destruição da camada de ozônio, começou a ser estudado no período de 1985 – 1995, quandose revelou que a destruição da camada de ozônio levava a uma maior incidência de raiosUV.
• A partir da década de 1990, estudos de poluiçãodo ar tendo como foco o aumento de substâncias que alteram o balanço radiativo daTerra e suas conseqüências climáticascomeçaram a receber maior atenção.
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Efeitos dos poluentes atmosféricospara escalas espaciais diferentes
<http://www.eoearth.org/article/Impacts_of_air_pollution_on_local_to_global_scale>
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Poluentes atmosféricos:
O3 (ozônio) SO2 (dióxido de enxofre)
CO (monóxido de carbono) MP (material particulado)
NOx (NO + NO2, óxidos de nitrogênio)
URBANIZAÇÃO e INDUSTRIALIZAÇÃO
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Crescimento das Mega-cidades
Século XX
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Ar limpo X Ar contaminado
100-50020-80O3
50-2500,1-0,5NO2
50-7500,01 – 0,05NO
1000-10.000120CO
20-2001 – 10SO2
AR CONTAMINADO
AR LIMPO
CONCENTRAÇÃO (ppb)POLUENTE
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Região Metropolitana de São Paulo
Poluição atmosférica em
centros urbanos
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Localização das
estações da rede
automática
CETESB, 2006
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Parâmetros Monitorados naRede Automática da Cetesb
Relatório de Qualidade do Ar no Estado de São Paulo 2005 - Cetesb
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Índice de Qualidade do Ar
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Emissões Relativas de Poluentes porTipo de Fontes - 2006
Relatório de Qualidade do Ar no Estado de São Paulo 2006 - Cetesb
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Tempo de Residência
“O tempo de residência nos diz em média quanto tempo uma móleculapermanecerá na atmosfera antes de ser removida”.
Cálculos de tempo de residência podem ser utilizados para se estimar a distância da fonte que uma espécie percorrerá antes de ser removida da atmosfera.
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Tempos de residênciaTempo de residênciaComposto
~10 anosCH4
~200 anosCO2
Alguns dias a algumas semanas
MP
~1 a 3 mesesCO
~1 diaNOx
~120 anosN2O
~ 2 diasSO2
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Tempo de mistura
• Tempo necessário para se obter uma mistura homogênea de uma espécie num certo volume de ar
• Tempo de mistura vertical na troposfera: tempo necessário para que se obter uma mistura homogênea de uma espécie entre a superfície e a tropopausa (~1 semana)
• Tempo de mistura horizontal na troposfera: tempo necessário para se obter uma mistura homogênea de uma espécie em toda a troposfera ao redor do globo terrestre (~1 ano)
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Os fatores que determinam o nível da poluição do ar podemser divididos em três segmentos:
(1) emissão de poluentes para a atmosfera;
(2) transporte, diluição e modificação química ou física dos poluentes na atmosfera;
(3) Remoção dos poluentes
PROCESSO DE POLUIPROCESSO DE POLUIÇÇÃO ATMOSFÃO ATMOSF ÉÉRICARICA
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Escalas de Movimento
Os fenômenosmeteorológicos que
atuam no processo de dispersão o fazemobedecendo a uma
seqüência de escalas de movimento em função da
dinâmica da atmosfera
Escala Sinótica
Mesoescala
Microescala
Meteorologia – Transporte
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Escalas de Movimento
A essa escala estão associados osmovimentos do ar resultantes dacirculação geral da atmosfera,
interagindo com as massas de ar, isto é, os sistemas frontais, os
anticiclones (altas pressões) e as baixas pressões na troposfera, tendoextensão horizontal que varia entre
100 a 3.000 km.
Os efeitos dessa escala sobre a poluiçãopodem ser classificados de duasformas: a condição favorável à
dispersão (baixas pressões, frentes) e a condição desfavorável à
dispersão (altas pressõesestacionárias no inverno e as
inversões térmicas que inibem a dispersão vertical, reduzindo a
velocidade do vento e aumentandoas horas de calmaria)
Escala Sinótica
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Escalas de Movimento
São os movimentos que incluem as brisasmarítima e terrestre, circulação dentrode vales e os fenômenos do efeito de ilhas de calor.
Os fenômenos dessa escala que influenciam a qualidade do ar local são variaçõesdiurnas da estabilidade atmosférica e a topografia regional. A extensãohorizontal dessa escala é da ordem de 100 km e na vertical é de dezenas de metros até 1 km acima do solo.
Os fenômenos que ocorrem dentro dessacamada tem importância fundamental nos processos de transporte e dispersãosobre as emissões das fontes poluidoras.
Os principais parâmetros meteorológicos queatuam nesse processo são as inversõestérmicas de baixa altitude, a variaçãodiária da altura da mistura e a taxa de ventilação horizontal dentro dessacamada.
Mesoescala
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Incluem os movimentos resultantes dos efeitosaerodinâmicos das edificações das cidadese dos parques industriais, rugosidade das superfícies e a cobertura vegetal de diversos tipos de solo.
Esses movimentos são responsáveis pelotransporte e difusão dos poluentes em um raio horizontal inferior a 10 km e entre 100 e 500 metros na vertical acima do solo.
Nesses casos, a turbulência atmosférica, geradapor diversos pequenos obstáculos, éimportante na verdadeira trajetória das plumas emitidas pelas fontes industriais, uma vez que a direção e a velocidade do vento são totalmente dominadas pelascaracterísticas topográficas e regionais emtorno da fonte.
Microescala
Escalas de Movimento
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Tempo de Residência
Escala Espacial
1 m1 s
10 s
10 m 100 m 1 km 10 km 100 km 1000 km 10.000 km
1 h
1 dia
1 ano
10 anos
100 anosE
scal
a Te
mpo
ral
MicroescalaEscala Urbana
ou LocalRegional ouMesoescala
Sinótica ouEscala Global
Espécies de vida curta
Espécies de vida moderadamente
longa
Espécies de vida longa CFCs
N O2
CH4
CH CCl3 3
CH Br3
CO
AerosóisO Trop.3
H O2 2
DMS
SO2
C H5 8
C H3 6
NOX
CH O3 2
HO2
NO3
OH
Tempo de mistura inter-hemisférico
Tempo de mistura intra-hemisférico
Tempo de mistura de camada limite
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Bibliografia
• Kasting, 1993: “Earth’s early atmosphere”, Science, 12 fevereiro 1993.
• Suguio e Suzuki, 2003: A evolucão geológica da Terra e a fragilidade da vida.
• http://www.globalchange.umich.edu/globalchange1/current/lectures/first_billion_years/first_billion_years.html
• http://www.globalchange.umich.edu/globalchange1/current/lectures/samson/evolution_atm/index.html#evolution
• CETESB: Relatório da Qualidade do Ar
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Bibliografia
• C. Baird. “Química Ambiental”, 2a.ed., Bookman, Porto Alegre, 2002.
• J.C. Rocha, A.H. Rosa, A.A. Cardoso, “Introdução à Química Ambiental”, Bookman, Porto Alegre, 2004.
• Brasseur, G.P., Orlando, J.J., Tyndall, G.S., Atmospheric Chemistry and Global Change, Oxford University Press, New York, 1999.
• J.H. Seinfeld e S. N. Pandis, "Atmospheric Chemistry and Physics: from air pollution to climate change", John Wiley & Sons, New York, 1998.
• http://www.abema.org.br/ (Associação Brasileira de Entidades Estaduais de Meio Ambiente)
• http://www.cetesb.sp.gov.br/
• http://www.epa.gov/air/
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Bibliografia
• Rezende, 2003: A importância da compreensão dos ciclos biogeoquímicos para o desenvolvimento sustentável.
• Murgel Branco e Murgel, 2001: Poluição do Ar.
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Para saber mais:
• http://www.ambiente.sp.gov.br/prozonesp/Actiozon/0z0100.htm• http://www.eoearth.org/article/Stratospheric_Ozone_Depletion_by_C
hlorofluorocarbons_(Nobel_Lecture)• http://satelite.cptec.inpe.br/uv/