4. RESULTADOS E DISCUSSÕES
4.6. RESULTADOS PARA O BALANÇO DE MASSA POR ESTÁGIOS
Com a identificação de alguns elementos e íons presentes no material particulado fino amostrado pelo MOUDI, estes foram submetidos a um balanço de massa. Calculou-se a contribuição, em porcentagem, destes elementos e íons na massa média dos estágios correspondentes (5A, 6A, 7A, 8A, 9A, 10A, A, B, C). As amostras submetidas à análise gravimétrica foram separadas nos períodos diurnos e noturnos, como mostrado na Tabela 4.11.
Tabela 4. 11. Concentrações médias, por estágios, da massa de MPF amostrada pelo MOUDI durante o experimento, nos períodos diurno e noturno.
Massa de MPF coletada pelo MOUDI durante o experimento
Diurno Noturno Estágio Diâmetro D50 (µm) Média (µg/m3) Desv Pad Média (µg/m3) Desv Pad 5A 1 4,7 5,3 2,9 1,1 6A 0,56 3,8 1,8 3,4 1,1 7A 0,32 6,4 3,8 6,9 4,4 8A 0,18 4,4 1,7 4,8 3,3 9A 0,1 4,7 2,9 3,9 1,3 10A 0,056 3,2 3,4 2,2 1,3 A 0,032 1,0 0,6 0,7 0,3 B 0,018 1,1 1,0 0,6 0,5 C 0,01 1,6 1,0 1,3 1,0
Seguindo a metodologia aplicada em Miranda (2001), Ynoue (2004) e Albuquerque (2005) com base em Seinfeld e Pandis (1998), pode-se fazer uma estimativa de compostos inorgânicos existentes no MPF, considerando-se que a composição mais provável seja na forma de seus óxidos. Então, a partir das concentrações de alguns elementos extraídas da análise PIXE, pode-se estimar a massa dos óxidos correspondentes. Os valores encontrados para os óxidos são somados às massas, também estimadas, dos carbonatos CaCO3 e K2CO3 para a determinação das concentrações de material, principalmente, do solo.
Por critério de simplificação e análise, optou-se por considerar que os compostos do aerossol coletado estavam presentes da seguinte forma:
1. Solo: Al2O3, SiO2, CaCO3, K2CO3, TiO, VO, MnO2, Fe2O3, NiO, Cu2O, ZnO.
2. Íons: SO4=, NH4+, NO3-, Cl-, Na+ 3. Black Carbon: BC
4. Parte não explicada: Não Expl
Os fatores de conversão utilizados para a estimativa dos óxidos a partir da concentração de seu elemento, foram: Al*1,89; Si*2,14; Ti*1,67; V*1,31; Mn*1,58; Fe*1,43; Ni*1,27; Cu*1,13; Zn*1,25 (Castanho e Artaxo, 2001; Albuquerque, 2005) e para as concentrações obtidas por cromatografia iônica dos íons Ca2+ e K+, multiplicados pelos fatores 2,5 e 3,31 respectivamente, (Ynoue, 2004). O AF (< 0,01µm) não foi submetido à análise PIXE, bem como a análise de cromatografia de íons, não permitido portanto, a avaliação do balanço de massa para este estágio.
A porcentagem da massa explicada foi calculada como a razão entre a soma dos íons inorgânicos, do material do solo e do BC divididos pela massa média encontrada em cada estágio do MOUDI. As Tabelas 4.12 e 4.13 mostram o total da contribuição somado para cada estágio e também a contribuição referente a cada grupo separado, nos períodos diurnos e noturnos. Lembrando que “solo” refere-se à soma da contribuição de todos os óxidos e carbonatos, e “íons” corresponde à soma de todos os íons identificados, exceto o Ca2+ e K+.
Neste trabalho as concentrações majoritárias de BC encontraram-se numa faixa bem definida de diâmetros (0,1; 0,18 e 0,32µm). Nas Tabelas 4.12 e 4.13 pode-se observar que a maior parte da massa explicada pelo BC também se encontra nestes intervalos de diâmetros, tem-se que 22,9 e 26,1% da massa no estágio correspondente a 0,1µm é explicada para os períodos diurno e noturno respectivamente.
Os compostos do solo explicam 15,8% da massa média de MPF (soma de todos os estágios analisados) para o período diurno e 18,1% para o noturno, seguido pelos íons com 10% de massa explicada nos dois períodos. Apesar do BC explicar boa parte da massa do estágio 0,1µm, para a média de MPF amostrado este explica 9,1 e 10% de massa para os períodos diurnos e noturnos respectivamente. Observa-se que a
massa explicada pelo solo mantém relativa uniformidade de porcentagem com relação a todos os estágios, tendo uma menor participação no último estágio (0,01µm). Já os íons, apresentam uma diminuição na porcentagem da massa explicada com a diminuição do diâmetro, apenas os estágios 0,056 e 0,018µm para o período noturno não seguem esse comportamento. O BC, como citado anteriormente, explica boa parte dos estágios correspondentes a 0,1; 0,18 e 0,32µm. As Figuras 4.22 e 4.23 facilitam a visualização e comparação destes resultados.
Castanho e Artaxo (2001) mostraram que 40% do material particulado fino da RMSP no inverno consiste de carbônico orgânico, o qual pode ser emitido diretamente por fontes ou produzidos na atmosfera através de reações de gases precursores. Ynoue (2004) estimou que as maiores contribuições para o MPF na RMSP seriam o carbono orgânico (25% durante o dia e 43% durante a noite), BC (5 e 12%), material da crosta (15 e 22%) e sulfato (7 e 9%). Em Miranda (2001), também foi feito o balanço de massa na RMSP, onde no período de inverno a maior contribuição do MPF foi de material inorgânico (56%), seguido de carbono orgânico (19%) e BC (6%). No verão as contribuições foram bem menores com 22% de inorgânico, 12% de carbono orgânico e 10% de BC. Estudos, para cidades americanas, mostraram que com uma umidade relativa de 80%, a massa do aerossol pode ser até 50% de água (Zhang et al., 1993). Hueglin et al. (2005) mostraram que o conteúdo médio de água no PM10 poderia ser de 10,6% e de 13 a 23% para o MPF. Sendo que os valores são dependentes da estação do ano, com uma contribuição de água menor no inverno.
Com base nos trabalhos citados anteriormente, pode-se dizer que há uma grande variabilidade na composição e fases que se encontram as partículas de aerossol, principalmente em diferentes épocas do ano. No estudo aqui analisado, os aerossóis foram coletados no inverno (período seco) e início da primavera (mais úmido), sendo provável que a parte da massa não explicada deva ser composta de carbono orgânico e água, materiais estes que não foram identificados neste trabalho.
De fato, é mostrado no próximo tópico que o período de amostragem pode ser dividido em seco e úmido. Correspondendo ao período seco o mês de agosto e ao período úmido o mês de outubro. A modelagem do equilíbrio termodinâmico entre as fases mostra que nos dias 10 e 11 de outubro a quantidade de água no aerossol
simulado é de 54 e 46% respectivamente. Os resultados com o modelo ISORROPIA, mostrados na próxima seção, confirmam que parte da massa não explicada é devido a água presente no aerossol simulado.
Tabela 4. 12. Porcentagem total da massa explicada em cada estágio analisado do MOUDI no período diurno e separada por grupos: Solo, Íons e BC.
Diâmetros (µm) Solo (%) Íons (%) BC (%) Total (%)
1 17,9 16,8 1,6 36,3 0,56 19,6 16,3 4,3 40,2 0,32 16,6 12,4 10,7 39,7 0,18 18,1 9,5 16,3 43,9 0,1 13,1 5,7 22,9 41,7 0,056 18,0 5,4 5,1 28,5 0,032 16,6 5,8 1,4 23,8 0,018 13,5 5,7 1,1 20,3 0,01 8,6 4,4 1,2 14,2
Tabela 4. 13. Porcentagem total da massa explicada em cada estágio analisado do MOUDI no período noturno e separada por grupos: Solo, Íons e BC.
Diâmetros (µm) Solo (%) Íons (%) BC (%) Total (%)
1 22,5 20,3 2,5 45,3 0,56 22,2 16,6 3,6 42,4 0,32 18,8 7,7 9,1 35,7 0,18 19,8 7,2 14,9 41,9 0,1 17,2 7,0 26,1 50,2 0,056 15,4 14,2 6,8 36,4 0,032 16,3 5,6 1,6 23,5 0,018 14,9 6,8 1,3 23,0 0,01 5,2 2,2 1,2 8,6
Figura 4. 22. Balanço de massa por estágios das amostras diurnas coletadas pelo MOUDI. É mostrada a contribuição do solo, do material solúvel (íons) e do BC no MPF.
Figura 4. 23. Balanço de massa por estágios das amostras noturnas coletadas pelo MOUDI. É mostrada a contribuição do solo, do material solúvel (íons) e do BC no MPF.