Química da Atmosfera e seus gases

1. Química da Atmosfera
Química Ambiental

2. O Sistema Solar
formou-se há cerca de
4600 milhões de anos

3. HISTÓRIA DA
ATMOSFERA
Possivelmente, a Terra foi
formada a partir dos
produtos ejectados pelo
Sol, essencialmente
hidrogénio e hélio
A terra imaginada há
4 mil milhões de anos

4. HISTÓRIA DA
ATMOSFERA
• A atmosfera da Terra
era provavelmente
constituída por
hidrogénio e hélio
assim como 90% do
Universo.
• A Terra era como uma
bola de rocha em
fusão

5. HISTÓRIA DA
ATMOSFERA
• Quando esta esfera
arrefeceu, formou-se
uma crosta sólida no seu
exterior.
• A rocha em fusão irrompia,
muitas vezes, através da
crosta muita fina,
espalhando lava por toda a
superfície.
• Estes vulcões libertaram
gases de composição
idêntica à atual

6. ATMOSFERA PRIMITIVA
Componentesmaioritários
vapor deágua
–H2O
Dióxidode
carbono–CO2
Nitrogénio–
N2
Componentesminoritários
Metano–CH4
Amoníaco–
NH3

7. EVOLUÇÃO
DA
ATMOSFERA
Com o arrefecimento da Terra:
• O vapor de água libertado pela
atividade vulcânica;
• Começou a condensar sob a
forma de nuvens;
• Originou as primeiras chuvas e à
formação dos rios, mares e
oceanos.
• O dióxido de carbono e outros
gases dissolveram-se nas águas
dos oceanos.
• As concentrações de dióxido de
carbono e vapor de água na
atmosfera diminuíram.

8. EVOLUÇÃO
DA
ATMOSFERA
A exceção foi o
nitrogénio pois é
extremamente insolúvel
em água, tendo
permanecido na
atmosfera sempre como
o principal componente.

9. EVOLUÇÃO
DA
ATMOSFERA
O dióxido de carbono,
inicialmente existente
(cerca de 80%) foi sendo
fixado nos silicatos da
crusta terrestre, dando
origem aos calcários,
diminuindo assim a sua
percentagem.

10. EVOLUÇÃO
DA
ATMOSFERA
Pensa-se que os primeiros
seres vivos iniciaram o
seu desenvolvimento no
fundo dos oceanos, perto
dos vulcões, porque aí
existiam todos os
elementos necessários
para o aparecimento de
células muito simples

11. EVOLUÇÃO DA ATMOSFERA
•Nos oceanos, após uma série
de reações químicas entre os
constituintes da atmosfera
primitiva e por ação da
radiação solar e do calor, deu-
se a primeira eclosão de vida

12. EVOLUÇÃO DA ATMOSFERA
• Surgem as primeiras bactérias e
algas azul-esverdeadas –
cianobactérias – com
capacidade para iniciar a
atividade fotossintética:
absorção de dióxido de carbono
com a formação de hidratos de
carbono e libertação das
primeiras moléculas de oxigénio
(há cerca de 2,4 mil milhões de
anos)

13. EVOLUÇÃO
DA
ATMOSFERA
•Estrematólitos –
colunas
fossilizadas de
cianobactérias e
de sedimentos à
sua volta

14. EVOLUÇÃO
DA
ATMOSFERA
• Desprovida de folhas e
raízes, esta espécie talvez
se assemelhe às primeiras
plantas que surgiram em
terra firme, há quase 500
milhões de anos

15. EVOLUÇÃO DA ATMOSFERA
Como se explica que o oxigénio seja o
segundo gás mais abundante da atmosfera?
• Há cerca de 2 milhares de milhões de anos
não havia oxigénio na atmosfera nem,
consequentemente, ozônio.
• As radiações UV atingiam a crosta terrestre
sendo as responsáveis pela dissociação de
moléculas de água, dos oceanos, em
hidrogénio e oxigénio
2H2O UV 2H2 + O2
• Algum escapou-se para o espaço, por ser
muito volátil.

16. EVOLUÇÃO
DA
ATMOSFERA
E QUAL FOI A IMPORTÂNCIA DO
OXIGÉNIO?
Originar moléculas de
ozono(O3) capazes de impedir
que as radiações solares,
perigosas para a vida, atinjam
a terra, permitindo assim a
existência de vida à superfície
da Terra.

17. EVOLUÇÃO DA ATMOSFERA
E O QUE ACONTECEU AOS
OUTROS GASES?
O azoto foi surgindo como resultado da reação
entre o oxigénio e o amoníaco e da atividade das
bactérias do solo.
O nível de metano foi desaparecendo devido à
reação com o oxigénio e a formação de CO2

18. EVOLUÇÃO DA ATMOSFERA

19. EVOLUÇÃO
DA
ATMOSFERA
Em síntese
• A atmosfera foi evoluindo
ao longo do tempo, com
sucessivas adições e
subtrações de gases.

20. EVOLUÇÃO
DA
ATMOSFERA
AS ADIÇÕES MAIS
IMPORTANTES FORAM:
• gases libertados do interior
da Terra por fenómenos de
vulcanismo
• oxigênio formado por
reações fotoquímicas
• oxigênio produzido por
fotossíntese

21. EVOLUÇÃO
DA
ATMOSFERA
AS SUBTRAÇÕES MAIS
IMPORTANTES FORAM:
• gases leves da atmosfera
• gases com carbono em
formações fósseis
• oxigénio em processos de
oxidação

22. ATMOSFERA
ATUAL

23. COMPOSIÇÃO MÉDIA DA
ATMOSFERA ATUAL

24. COMPOSIÇÃO MÉDIA DA
ATMOSFERA ATUAL

25. QUAL A
IMPORTANCIA
DO...
• OXIGÊNIO
NITROGÊNIO
DIÓXIDO DE CARBONO
VAPOR DE ÁGUA
PARA A EXISTÊNCIA DE
VIDA

26. OXIGÊNIO
É consumido através:
• Respiração dos seres vivos
• Combustões
É renovado através:
• Fotossíntese
• Da água dos oceanos, rios
e lagos

27. NITROGÊNIO
O Nitrogênio atmosférico é
convertido em compostos
adequados para
assimilação das plantas
superiores.
Estes nutrientes são depois
absorvidos, numa etapa
final pelos animais e pelo
homem

28. DIÓXIDO DE
CARBONO
É utilizado pelos seres vivos
como matéria-prima na
síntese de compostos
orgânicos através da
fotossíntese
Contribui para o equilíbrio
térmico do planeta, evitando
a perda de energia para o
espaço, ao reter as
radiações IV reenviadas do
solo.

29. VAPOR DE
ÁGUA
É o componente essencial à
vida
É o constituinte maioritário
dos seres vivos
É uma substância portadora
de nutrientes
É um meio onde ocorrem a
maior parte das reações
químicas

30. ESTRATIFICAÇÃO DA
ATMOSFERA
CAMADA E COMPOSIÇÃO DE GASES

31. A ATMOSFERA:
A atmosfera é uma camada
relativamente fina de gases e
material particulado
(aerossóis) que envolvem a
Terra.
De fato, 99% da massa da
atmosfera está contida
numa camada de ~32 km.
Esta camada é essencial
para a vida e o
funcionamento ordenado dos
processos físicos e
biológicos sobre a Terra.

32. A ATMOSFERA:
A atmosfera protege os
organismos da exposição a
níveis arriscados de radiação
ultravioleta, contém os gases
necessários para os processos
vitais de respiração celular e
fotossíntese e fornece a água e
oxigênio necessária para a vida.
Composição do ar seco, ou seja,
desconsiderando o vapor d´água.

33. Principais gases do ar seco.
Gás Porcentagem Ppm
Nitrogênio 78,08 780.000,0
Oxigênio 20,95 209.460,0
Argônio 0,93 9.340,0
Dióxido de
carbono
0,035 350,0
Neônio 0,0018 18,0
Hélio 0,00052 5,2
Metano 0,00014 1,4
Kriptônio 0,00010 1,0
Óxido nitroso 0,00005 0,5
Hidrogênio 0,00005 0,5
Ozônio 0,000007 0,07
Xenônio 0,000009 0,09
Ppm
significa
partes por
milhão.
A[ ]CO2
atual
ultrapassa
400 ppm.

34. O papel
dos
principais
gases
• Nitrogênio e o oxigênio ocupam até 99%
do volume do ar seco e limpo. A maior
parte ~1% restante é ocupado pelo gás
inerte argônio que tem pouca
importância nos processos térmicos.
Nitrogênio atua no crescimento de
plantas e oxigênio na respiração.
• Dióxido de carbono é essencial para a
fotossíntese. Por ser um eficiente
absorvedor de energia radiante (de onda
longa) emitida pela Terra, ele influencia o
fluxo de energia através da atmosfera,
fazendo com que a baixa atmosfera
retenha o calor, tornando a Terra própria
à vida.

35. Porque o CO2 está
aumentando?
Porque existe um ciclo
sazonal no CO2?
Verão – maior consumo
de CO2
Inverno – as plantas
morrem e liberam CO2
para a atmosfera
Fonte: https://www.esrl.noaa.gov/gmd/obop/mlo/
Sítio com informações importantes da atmosfera, pois é considerado um local com “atmosfera limpa”.

36. O papel dos principais gases
• Vapor d'água é um dos mais variáveis gases
na atmosfera. Nos trópicos úmidos e
quentes constitui 4% do volume da baixa
atmosfera, enquanto sobre os desertos e
regiões polares pode constituir uma
pequena fração de 1%.
• Contudo, sem vapor d'água não há nuvens,
chuva ou neve. Além disso, o vapor d'água
também tem grande capacidade de
absorção, tanto da energia radiante emitida
pela Terra (em ondas longas), como também
de parte da energia proveniente do sol.

37. O papel dos
principais gases
• Ozônio é a forma triatômica do oxigênio (O3). A presença do
ozônio é vital devido a sua capacidade de absorver a radiação
ultravioleta (UV) do sol na reação de fotodissociação. Esse
processo ocorre na estratosfera entre 30 e 50 km de altitude
O átomo livre recombina-se novamente para formar outra molécula
de ozônio, liberando calor. Na ausência da camada de ozônio a
radiação ultravioleta seria letal para a vida.

38. O papel dos principais gases
• Ozônio quando ocorre em superfície é prejudicial a saúde causando
irritação nos olhos e danos aos vegetais.
• Forma-se em superfície com a interação dos COV (compostos orgânicos
voláteis) e NOx (Óxidos de Nitrogênio) com a radiação solar.
• Em dias com intensa radiação solar os níveis de O3 ultrapassam os limites
de segurança em especial no meio da tarde.

39. O papel dos
principais
gases
Fonte: Julio Barbosa
Chiquetto,
disponivel em
http://www.teses.us
p.br/teses/disponivei
s/8/8135/tde-
19082009-
154943/pt-br.php

40. Fonte: CETESB, 2016
https://cetesb.sp.gov.br/ar/padroes-de-qualidade-do-ar/ Acesso em 10 de janeiro de
Padrões de qualidade do ar

41. O papel
dos
principais
gases
Metano (CH4). As principais fontes de
geração desse gás são: - o cultivo de arroz,
devido à condição anaeróbica das áreas
alagadas; - os animais herbívoros, devido
ao processo de digestão (homem
inclusive); - depósitos de carvão, óleo e
gás natural, pois liberam metano para a
atmosfera quando escavados ou
perfurados.
O metano é cerca de 30 vezes mais
eficiente que o CO2 na absorção de
radiação infravermelha (formação do efeito
estufa natural). (ver dados em:
https://www.esrl.noaa.gov/gmd/ccgg/trend
s_ch4/

42. O papel
dos
principais
gases
• Dos gases apresentados aqueles que
influenciam no efeito estufa são:
• Vapor d´agua (H2O),
• Metano (CH4),
• Dióxido de Carbono (CO2),
• Oxido Nitroso (N2O),
• Consulte em:
https://www.esrl.noaa.gov/gmd/aggi/
• O efeito estufa é um processo natural que
ocorre quando a radiação infravermelha
(calor) emitida pela superfície é impedida
de escapar e retorna para a superfície. Sem
o efeito estufa a temperatura média no
planeta seria de -18º C, ou seja 33º C
abaixo da atual (15,65º C em 2015).
• Marte, por exemplo: Tmédia de –63oC,
(verão -36 e inverno -130 oC).

43. Estrutura Vertical da Atmosfera
Sabemos que o ar é compressível, isto é, seu
volume e sua densidade são variáveis. A
força da gravidade comprime a atmosfera de
modo que a máxima densidade do ar (massa
por unidade de volume) ocorre na superfície
da Terra.
O decréscimo da densidade do ar com a altura
é bastante rápido (decréscimo exponencial)
de modo que na altitude de ~5,6 km a
densidade já é a metade da densidade ao
nível do mar e em ~16 km já é de apenas
10% deste valor e em ~32 km apenas 1%.

44. Estrutura
Vertical da
Atmosfera
• A camada inferior, onde a temperatura
decresce com a altitude, é a troposfera.
Esta se estende a uma altitude média de
12 km (~ 20 km no equador e ~ 8 km nos
pólos).
• Nesta camada a taxa de variação vertical
da temperatura tem valor médio de -
6,5°C/km, ou seja, -0,65 oC a cada 100
metros.
do grego tropos equivale a revirar ou misturar.

45. Estrutura
Vertical da
Atmosfera
• Estratosfera em média se inicia a cerca
de 18 a 20 km de altitude com seu topo
localizada a 50 km. É nessa camada que
parte da radiação solar ultravioleta (UV)
é absorvida durante o processo de
formação do Ozônio.
• Esse processo de absorção da radiação
UV pelo O3 resulta em aumento da
temperatura, passando de – 57ºC na
base a 0 ºC no topo, um acréscimo de
57ºC.

46. Estrutura
Vertical da
Atmosfera
• Mesosfera é a camada onde o ar se
torna cada vez mais rarefeito. A
temperatura volta a diminuir conforme
aumenta a altitude. Seu topo esta em
torno de 80 km, registrando valores em
de -90°C.

47. Estrutura
Vertical da
Atmosfera
• Termosfera: Essa camada se inicia por
volta de 80 km de altitude até cerca de
500 km, destaca-se por apresentar
temperatura do ar elevadas, resultantes
da absorção de radiação solar de onda
curta, principalmente raios gamas, X e
ultravioleta, pelo oxigênio e nitrogênio. É
nesta região que se localiza a ionosfera e
que torna possível a transmissão de
ondas de rádio por refleti-las de volta à
superfície da Terra.

48. Estrutura
Vertical
da
Atmosfera

49. Estrutura
Vertical da
Atmosfera
Como é obtido esse perfil?
• Instrumentos meteorológicos
instalados em aeronaves,
• Lançamento de balões e foguetes
contendo instrumental meteorológico –
Radiossondagem (~20 km),
• Balões estratosféricos (até ~50km),

50. Estrutura Vertical
da Atmosfera
Para altitudes
superiores a 25 km
são utilizados
balões
estratosféricos.
Tar = 26,0 oC
Td = 17 oC
São Paulo, SP
Lon = 46,65 W
Lat = 23,62 S
Alt = 722 m

51. Tar = 23,1 oC
Td = 19,1 oC
Observe que as duas
curvas Tar e Td
caminham próximas
indicando umidade
do ar elevada.
P = 49,5 mm
Fonte: www.cgesp.org