terrestre. A rotação da Terra produz um padrão de ventos complicado, à medida que o ar polar frio afunda rumo ao equador e o ar tropical quente sobe e se move em direção aos pólos.
Os padrões gerais de circulação do ar são importantes porque os poluentes podem viajar por grandes distâncias antes de se assentarem ou serem absorvidos. Complicações internacionais podem surgir quando emissões aéreas de um país afetam o meio ambiente de outro. O movimento global do ar nos Estados Unidos é de oeste para leste. Há sérias discordâncias entre os Estados Unidos e o Canadá quanto às emissões de grandes usinas elétricas a carvão no meio-oeste americano. As evidências indicam que tais emissões podem levar à chuva ácida.
C. Poluentes do Ar e Suas Fontes
Os poluentes do ar são geralmente considerados como as substâncias adicionadas ao ar por atividades humanas e que têm efeito adverso sobre o meio ambiente. Estes poluentes existem na forma de gases, partículas pequenas e sólidos (particulados), ou pequenas
gotículas de líquido dispersas em um gás (chamadas de aerossóis). Os poluentes emitidos
em maior quantidade pelas atividades humanas são o monóxido de carbono, óxidos de enxofre, material particulado, hidrocarbonetos e óxidos de nitrogênio. A cada ano, mais de 150 milhões de toneladas destes poluentes são emitidas pelas atividades humanas sobre o ar dos Estados Unidos. Isto se compara a 3,3 lb (1,5 kg) por pessoa por dia, o que é seme- lhante à quantidade de lixo gerada por pessoa nos Estados Unidos. Os níveis de poluição do ar sobre uma determinada área dependem da quantidade e do tipo de poluente emi- tido pela fonte, da forma como os poluentes são liberados (por exemplo, chaminés altas) e das condições meteorológicas que levam à dispersão dos poluentes.
Cap. 7 Poluição do Ar e Uso de Energia 187 Geralmente, os poluentes são de fontes estacionárias, como usinas elétricas e indús- trias, ou fontes móveis, como veículos motorizados. Somos afetados não apenas por estes poluentes primários, mas também pelos produtos de reações químicas que estes poluen- tes sofrem na atmosfera, como a poluição fotoquímica.4 A Agência de Proteção Ambiental
dos Estados Unidos (U.S. EPA) coleta e analisa dados de emissão e qualidade do ar para cinco poluentes principais: CO, óxidos de enxofre, particulados, compostos orgânicos voláteis e óxidos de nitrogênio. A Figura 7.7 mostra a quantidade de poluentes emitidos nos Estados Unidos em 1997 por tipo e fonte. A maior quantidade emitida é de monóxido de carbono. Porém, os efeitos adversos totais deste gás são menores do que os de particu- lados ou dióxido de enxofre, de forma que "toneladas emitidas" não é uma representação adequada de seu impacto. Conforme discutiremos na seção "Padrões de Qualidade do Ar" mais adiante, a qualidade do ar nos Estados Unidos tem melhorado consideravelmente ao longo das últimas décadas. Enquanto a população do país cresceu 31 % e a distância per- corrida em veículos cresceu 127% entre 1970 e 1997, a emissão total dos cinco principais poluentes caiu 30%. Entretanto, quase metade da população do americana vive em áreas em que pelo menos um dos padrões de qualidade do ar foi excedido em anos recentes.
FIGURA 7.7
Emissões dos poluentes majoritários do ar nos Estados Unidos por fonte: 1997. Os particulados são aqueles com tamanho inferior a 10 mícrons. (U N I T E D S T A T E S E N V I R O N M E N T A L P R O T E C T I O N A G E N C Y )
Os principais poluentes do ar nos Estados Unidos são originários de áreas não asso- ciadas à que a produção de energia. Processos industriais como fundição de minérios e incineração de resíduos sólidos, e os gases de escape de automóveis, contribuem inten- samente em certas áreas. As emissões anuais de vulcões, decomposição biológica, incên- dios florestais e a maresia dos oceanos contribuem com mais poluentes do ar em escala global do que as fontes artificiais. Os efeitos adversos destas emissões são óbvios, caso você já tenha atravessado uma tempestade de poeira, lutado contra um incêndio florestal, ou se preocupado com a corrosão de bens localizados perto do mar. Porém, suas con- tribuições em áreas industrializadas são geralmente pequenas em comparação com a poluição de origem humana. Uma vez que não há muito o que se possa fazer para contro- lar estas emissões, nós normalmente não as tratamos como "poluentes".
Assim como a natureza fornece uma fonte de contaminantes, ela também fornece sorve- douros e mecanismos de limpeza dos poluentes do ar. A absorção pela vegetação, pelo solo e pela água, assim como a oxidação e conversão a precipitados, evitam o acúmulo de po- luentes na atmosfera. A maioria dos poluentes permanece na atmosfera por apenas alguns dias. (Uma importante exceção é o dióxido de carbono, conforme será tratado no Capítulo 8.)
Uma maneira de se medir a concentração de um determinado poluente no ar é deter- minar o número de moléculas deste poluente encontrado em 1 milhão de moléculas de ar (nitrogênio e oxigênio). Este valor é expresso em partes por milhão, ou ppM. Assim, 10 ppM significa que uma amostra contendo 1 milhão de moléculas tem dez moléculas de um poluente. Isto pode parecer insignificante, mas os efeitos tóxicos da maior parte dos po- luentes ocorrem quando as concentrações são de apenas umas poucas partes por milhão. Outra forma de se classificar a poluição é por meio da massa de poluente encontrada em um dado volume de ar. Isso é expresso em microgramas por metro cúbico de ar, ou u g / m3.
M o n ó x i d o d e C a r b o n o
O monóxido de carbono (CO) é um gás incolor, inodoro e venenoso, produzido principal- mente nos motores de automóveis pela combustão incompleta do carbono no combustível. Se não houver ar suficiente, o CO é produzido no processo de oxidação C + 1/2O2 -» CO. O
monóxido de carbono é tóxico para os humanos porque pelos pulmões ele passa para a corrente sangüínea e se liga à hemoglobina, impedindo-a de carregar o O2 dos pulmões até
as células do corpo. Os sintomas do envenenamento por CO são aqueles associados à falta de oxigênio, como tontura, dor de cabeça e distúrbios visuais. Tanto a duração da ex- posição quanto a concentração de CO são importantes. A exposição média ao CO se dá em concentrações entre 10 ppM e 30 ppM. Entretanto, motoristas em trânsito pesado podem ser expostos a doses de 50 ppM a 100 ppM de CO, e já foi sugerido que esta exposição pode ser uma causa do aumento de acidentes de trânsito, devido à diminuição da per- cepção do motorista. Sistemas de escapamento com vazamento são bastante perigosos, principalmente no inverno, quando as janelas do carro geralmente estão fechadas. O pa- drão de qualidade do ar determinado para o CO é um máximo de 9 ppM para um intervalo de oito horas (ou 10.000 p g / m3) . Não se conhecem efeitos físicos sob esta concentração.
Embora o peso total de monóxido de carbono emitido seja quase a metade da soma de todos os outros poluentes, ele só se torna um perigo à saúde quando as emissões são alta- mente concentradas, como no trânsito urbano intenso.
Ó x i d o s d e E n x o f r e
Os óxidos de enxofre, mais precisamente SO2 e SO3, são reconhecidos há tempos como con-
tribuintes importantes para a poluição do ar. Eles aparecem principalmente como conse- qüência da queima de combustíveis fósseis e da oxidação do enxofre: S + 02 —> S 02. O
Cap. 7 Poluição do Ar e Uso de Energia 189 carvão contém até 6% de enxofre por peso, e a sua queima responde pela maior parte das emissões de óxidos de enxofre, aproximadamente 20 milhões de toneladas por ano. O dióxido de enxofre é um gás incolor com um odor sufocante, especialmente em concentrações acima de 3 ppM. Ele corresponde a aproximadamente 98% em peso dos óxidos de enxofre emitidos. O enxofre é incorporado ao meio ambiente a partir de fontes naturais e pelas ativi- dade humanas. A emissão de sulfeto de hidrogênio (H2S, com um odor de ovos podres) a
partir de matéria orgânica em decomposição e a liberação de sulfatos a partir da
maresia adicionam aproximadamente duas vezes mais enxofre ao meio ambiente do que as fontes humanas de "poluição".
Há um ciclo contínuo de enxofre através do meio ambiente: uma boa parte do S 02 é
precipitado pelas chuvas ao solo e aos oceanos, e uma menor quantidade é incorporada
por plantas e por absorção gasosa em oceanos e lagos Em média, a quantidade de óxidos
de enxofre que permanece na biosfera é de aproximadamente 0,2 ppB (partes por bilhão),
um valor certamente minúsculo se comparado aos diversos ppM (equivalente a milhares
de ppB) que têm sido reportados durante alertas de poluição do ar.
O dióxido de enxofre na atmosfera tem diversos efeitos nocivos à saúde humana, à ve-
getação e aos materiais. Estudos epidemiológicos (estudos de grandes populações) e outras
pesquisas indicam que concentrações de S 02 estão associadas a aumentos de morbidez (taxa de doenças) e mortalidade (taxa de mortes). A inalação do dióxido de enxofre pode resultar
em danos ao sistema respiratório superior, danos ao tecido pulmonar, e no agravamento de
doenças pulmonares. Tais efeitos adversos são mais pronunciados em crianças muito novas,
nos idosos e nos 3% a 5% da população que têm doenças pulmonares crônicas, tais como
bronquite e enfisema. A dificuldade crescente de respiração pode não incomodar uma pes-
soa saudável, mas pode ser fatal para aquelas que têm tais doenças respiratórias.
Diversas catástrofes já ocorreram quando populações foram expostas a grandes con- centrações de poluentes no ar. Uma delas ocorreu em Donora, Pensilvânia, em 1948, em que
19 pessoas morreram, e em Londres, em 1952, quando 4.000 pessoas morreram. Em ambos os casos, as condições meteorológicas levaram a aumentos na concentração de S 02 e fu- maça naquelas localidades, especialmente devido à queima de combustíveis fósseis. Em
Londres, a concentração de S 02 atingiu aproximadamente sete vezes o nível normal, e a
taxa de mortalidade aumentou por um fator de mais de 3 durante este período. O incêndio de mais de 650 poços de petróleo no Kuwait, no final da Guerra do Golfo Pérsico em 1991, levou a uma série de problemas de saúde, possivelmente afetando soldados americanos mesmo anos depois. Os efeitos do S 02 na saúde dependem de muitos fatores, incluindo o
tempo de exposição. A Figura 7.8 ilustra a gama de concentrações de S 02 junto com tempos
de exposição durante os quais têm sido observados efeitos adversos à saúde humana. Outro problema crucial associado às emissões de S 02 é a sua oxidação a S 03 e a for-
mação de ácido sulfúrico, H2S 04, quando de sua reação com vapor de água:
Esta é a fonte do fenômeno da chuva ácida. Na verdade, todo o S 02 é convertido seja
em ácido sulfúrico, seja no que chamamos de sulfatos particulados, a menos que ele seja precipitado ou absorvido da atmosfera. Estes sulfatos particulados são combinações químicas entre um íon sulfato, , e um íon metálico, tal como o ferro, dando, por exemplo, o sulfato de ferro ( F e S 04) . O mecanismo de formação destes sulfatos não é total-
mente compreendido, mas sabemos que ele é influenciado por vários fatores, incluindo temperatura, umidade, concentração de ozônio, intensidade da luz ultravioleta e concen- trações de particulados e óxidos de nitrogênio. Nos lugares em que há coincidência de usi- nas de energia emitindo S 02 e particulados e altas concentrações de óxidos de nitrogênio
oriundos de gases de escapamento de automóveis, observamos o sinergismo (dois efeitos que se combinam para produzir um efeito maior do que os efeitos originais separados).