O documento discute a química da estratosfera e o buraco na camada de ozônio. Apresenta a estratosfera e sua importância para a proteção da radiação UV. Explica a formação e medição do ozônio estratosférico, assim como os mecanismos naturais e antropogênicos que levam à sua depleção, especialmente no Polo Sul, onde o buraco na camada de ozônio foi descoberto.

1. MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO
UNIVERSIDADE FEDERAL DE PELOTAS
FACULDADE DE METEOROLOGIA
QUÍMICA DA ESTRATOSFERA E O
BURACO NA CAMADA DE OZÔNIO
Por
Ericka Voss Chagas Mariano
Dezembro – 2012

2. INTRODUÇÃO
• Estratosfera – da tropopausa (~10km nos pólos, ~17km
no equador) até cerca de 50km - varia com estações e
condições meteorológicas
• Mudança abrupta na concentração de gases-traço do ar –
diminuição do vapor d´água – aumento do O3.
• Pouca mistura vertical entre troposfera e estratosfera.
• Materiais que entram na estratosfera permanecem nesta
camada por longos períodos de tempo.

3. OZÔNIO
• Descoberto em 1839 – Schönbein
• 90% se encontra na estratosfera – de 10-16km a ~50km
• Na estratosfera – poucos milhares de moléculas de O3 por
cada bilhão de moléculas de ar
• O3 bom x O3 ruim
Átomo de Molécula de Molécula de
oxigênio (O) oxigênio (O2) ozônio (O3)

5. IMPORTÂNCIA – O3 ESTRATOSFÉRICO
• Forma um escudo protetor que reduz a intensidade de
radiação UV que chega à Terra
• Determina o perfil vertical de temperatura na estratosfera –
aquecimento resultante da absorção de UV
• Está envolvido em várias reações químicas na estratosfera

8. UNIDADE DOBSON (UD)
1 UD – número de moléculas de O3 que seriam necessárias para criar uma
camada de O3 puro de 0,01 mm de espessura a uma temperatura de 0
graus Celsius e uma pressão de 1 atmosfera.
1 UD = 2,69 x 1016 moléculas de O por centímetro quadrado

9. Equipamentos de medida

10. ESPECTROFOTÔMETRO DOBSON

11. ESPECTROFOTÔMETRO BREWER

12. SATÉLITES
• Ozone Monitoring Instrument (OMI)
A partir de Julho – 2004
• Total Ozone Mapping Spectrometer (TOMS)
01/11/1978 – 31/12/2005
Nimbus-7 – 01/11/1978 – 06/05/1993
Meteor-3 – 22/08/1991 – 24/11/1994
Earth Probe – 25/07/1996 – 31/12/2005
• Solar Backscatter UltraViolet (SBUV)
A partir de 1978
Nimbus-7 -- 1978 - 1990
NOAA-9a -- 1985 - 1989
NOAA-11 -- 1988 - 2001
NOAA-9d -- 1992 - 1998
NOAA-16 -- 2000 - 2007
NOAA-17 -- 2003 - 2007
• Global Ozone Monitoring Experiment (GOME)
A partir de 21/07/1995
• Global Ozone Monitoring Experiment 2 (GOME-2)
A partir de outubro de 2006

13. Produção de ozônio estratosférico
Reação geral: 3 O2 → 2 O3

14. Mecanismo de Chapman
• 1930 - mecanismo químico simples para explicar a
concentração estacionária de O3
• Formação de O3 - λ<242nm dissocia oxigênio molecular,
que reage com O2 na presença de O2 ou N2 para formar O3.
O2 + hv → O + O (1)
O + O2 + M → O 3 + M (2)
O3 + hv → O2 + O (3)
O 3 + O → O 2 + O2 (4)
• As reações de (1) a (4) são chamadas Reações de
Chapman
• Reação (2) é a única que produz O3 na atmosfera –
molécula absorve radiação entre 240 e 320nm.

15. • Concentrações de O3 devem alcançar valores máximos em
~25km
• Produção de O3 é maior próxima ao equador e aumenta com
o aumento da altitude, refletindo a dependência da variação
latitudinal da intensidade solar e ângulo zenital - regiões de
maior concentração não coincidem com as de maior razão de
formação
• Tempo de vida do O3 estratosférico é maior do que o tempo
necessário para que ocorra o transporte (do equador para os
pólos ~ 3 a 4 meses)
• Reações superestimam concentrações de O3

16. Depleção do ozônio estratosférico
• A maioria das reações catalíticas para a remoção do O3
atmosférico são na forma:
X + O3 → XO + O2
XO + O → X + O2
O + O3 → 2O2
• Na estratosfera natural (sem poluição) as reações mais
importantes são com H, OH, NO e Cl.
• Se as concentrações do catalisador X nestas reações
aumentam por atividades antropogênicas, o balanço entre as
fontes e sumidouros de O3 atmosférico serão perturbados e
as concentrações do gás irão diminuir

18. BURACO NA CAMADA DE OZÔNIO
• Descoberta do buraco de O3 na Antártica (anos 80) -
comunidade científica pensava compreender os processos
físicos e fotoquímicos que controlam a produção e extinção
de O3 na atmosfera.
• Primeiros estudos sobre a depleção do O3 na Antártica -
duas características principais:
• Grandes perdas no O3 estratosférico observadas,
durante a primavera, entre os anos de 1974 a 1985;
• Comparações com medidas realizadas entre os anos
1950 e 1960 indicavam atenuação média de 300 para
200 UD de O3.

19. METEOROLOGIA POLAR
• Inverno no HS – não há incidência de radiação solar – forte
vento circumpolar se desenvolve da média para a baixa
estratosfera – vórtice polar – isola o ar sobre a região polar
• Ar no vórtice é muito frio – formação de nuvens especiais a
-80°C – Nuvens Polares Estratosféricas (PSCs) – formadas por
ácido nítrico triidratado – PSCs são cruciais para a ocorrência
de perda de O3
• Espécies que causam a depleção do O3 – se tornam mais
ativas na superfície de PSCs.
• Reações mais comuns:
HCl + ClONO2 → HNO3 + Cl2
ClONO2 + H2O → HNO3 + HOCl
HCl + HOCl → H2O + Cl2
N2O5 + HCl → HNO3 + ClONO
N2O5 + H2O → 2 HNO3

21. http://www.ccpo.odu.edu/SEES/ozone/

27. A depleção do O3 ártico
• Episódios de depleção parcial do O3 ártico vêm sendo
observados durante a primavera.
• Menos severo do que na Antártica: temperaturas
estratosféricas não caem tão baixo nem durante tanto tempo;
circulação de ar nas áreas circundantes não está tão limitada.
• PSCs se formam menos e duram menos tempo
• Condições estão mudando – depleção de O3 se acelerando na
estratosfera inferior.

30. Alguns estudos no
Brasil

31. ENXOFRE NA ESTRATOSFERA
• Aerossóis com raio ~0,1 a 2 μm têm concentração máxima em
altitudes de ~17 a 20km
• Compostos de 75% de H2SO4 e ~25% de água - região de
máxima concentração de sulfato na baixa estratosfera é chamada
camada estratosférica de aerossol, ou camada estratosférica de
sulfato, ou ainda camada de Junge
• Fonte principal de SO2 para a estratosfera – erupções vulcânicas -
quando não há atividade vulcânica – COS
SO2 +OH + M → HOSO2 + M
HOSO2 + O2 → HO2 + SO3
SO2 + O + M → SO3 + M
SO3 + H2O → H2SO4

33. Aerossóis de sulfato
• Efeito direto: absorção ou reflexão de radiação
• Efeito indireto: formação de nuvens de alta refletividade

34. Forçante radiativa de emissões antropogênicas de enxofre (linha roxa), forçante
antropogênica líquida (linha azul), estimativa linear da forçante antropogênica líquida
(linha tracejada azul), forçante radiativa total (linha vermelha), forçante radiativa da
insolação (linha laranja), e temperatura observada (preto). Fonte: adaptada de
Kaufmann et al., 2011.

36. Obrigada!