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ANÁLISE DA CONCENTRAÇÃO E COMPOSIÇÃO DE AEROSSÓIS DE QUEIMADAS NO PANTANAL MATO-GROSSO

ANALYSIS OF THE CONCENTRATION AND COMPOSITION OF AEROSOLS FROM FIRES IN THE MATO GROSSO WETLAND

Resumo

The Earth's atmosphere has a large number of small solid and liquid particles which differ in size, shape and composition. One of the most obvious characteristics of the phenomena of air pollution is linked to the occurrence of atmospheric aerosol. The research was conducted in a protected nature reserve, Private Natural Heritage Reserve (RPPN) Social Service of Commerce (SESC) Pantanal , at 111 m of altitude (16º39' S, 56º47' W) and is referred to here as SESC - Advanced Research Center of Wetland , located about 160 km from Cuiabá - MT. The sampling device consists of samplers fine and coarse particles, separating the fine fraction of the aerosol (dp <2.5 µm) from the coarse fraction (2.5 <dp <10 µm). In August 2012, concentrations of fine particles were up to nine times higher (up to 18 µg m-3) than that recorded in the rainy months of 2012 and 2013 (amounts around 2 µg m-3). The concentrations of coarse particles were up to three times higher in the dry season, compared to the rainy season.

Keywords:
atmosphere; black carbon; seasonality


Keywords:
atmosphere; black carbon; seasonality

INTRODUÇÃO

O Pantanal é caracterizado por ser uma planície intermitente e sazonalmente inundada. É a maior área alagável contínua existente e ocupa cerca de 1,6% do território brasileiro. É uma região de enorme importância ecológica e socioeconômica, que se destaca pela sua vasta biodiversidade e pelo regime hidrológico peculiar. A flutuação anual do nível da água - o pulso de inundação - regula os processos ecológicos que ali ocorrem.11 Merino, E. D.; Assine, M. L.; Pupim, F. N.; Revista Brasileira de Geomorfologia 2013, 14, 127. As diferenças locais do regime hidrológico, somadas às variações da topografia e do solo, proporcionam zonas permanente e periodicamente alagadas (Aquatic/Terrestrial Transition Zones - ATTZ) e outras raramente alagadas.11 Merino, E. D.; Assine, M. L.; Pupim, F. N.; Revista Brasileira de Geomorfologia 2013, 14, 127.,22 Nunes da Cunha, C.; Junk, W. J.; Applied Vegetation Science 2004, 7, 103.

A poluição atmosférica pode ser descrita como a presença de contaminantes ou de substâncias que poluem a atmosfera e pode ocasionar problemas na saúde humana, no bem-estar ou no meio ambiente. Adquiriu-se ao longo dos últimos anos uma grande importância na comunidade científica e na sociedade em geral, como nos níveis das alterações climáticas registradas ao longo do tempo como dos efeitos na saúde.33 Cançado, J.; Braga, A.; Pereira, L.; Arbex, M. A.; Saldiva, P. H. N.; Santos, U. P.; J. Bras. Pneumol. 2006, 32, 5.

As partículas ou aerossóis atmosféricos são misturas complexas e altamente variáveis de constituintes sólidos e/ou líquidos suspensos no ar, incluindo sais inorgânicos como nitratos, sulfatos e amônia, para além de conter inúmeros compostos de carbono (carbono elementar e carbono orgânico). As que apresentam um diâmetro superior a 2,5 µm representam a moda grossa, as partículas com diâmetro menor que 2,5 µm representam a moda fina e a moda ultrafina é representada pelas partículas com um diâmetro inferior a 0,1 µm.44 Seinfeld, J. H.; Pandis, S. N.; Atmospheric Chemistry and Physics: from air pollution to climate change, John Wiley & Sons: New York, 2006, cap. 4.

O aerossol de fuligem ou black carbon é de grande interesse nos estudos de dispersão e identificação de fontes atmosféricas, pois é característico de emissões derivadas da combustão de carvão e diesel, seguido, em menor proporção, pela queima da biomassa. A concentração e características típicas emitidas são governadas, tanto pela quantidade de combustível consumido, quanto pela tecnologia de combustão. Em regiões remotas, a presença do aerossol de carbono elementar na massa de ar pode ser usada como traçador de atividades antropogênicas responsáveis por sua formação. As partículas de black carbon são inicialmente formadas em altas concentrações, nos processos de combustão, como partículas com diâmetros de 5-20 nm. No entanto, elas coagulam rapidamente para formar agregados de tipo fractal que, no início, colapsarão para estruturas mais compactas, da ordem de 10 nm, devido às forças capilares de vapores condensados.55 Rosasco, F. V.; Mariani, R. L.; Martins, M. P. P.; Pereira, E. B.; Geochim. Bras. 2011, 25, 25.

O Pantanal do Mato Grosso carece de análises relacionadas à caracterização das propriedades físicas e químicas dos aerossóis atmosféricos, de forma que a análise da concentração e caracterização química dos constituintes atmosféricos nessa região é extremamente importante para a compreensão da dinâmica atmosférica local.

Balanço energético

As interações entre as partículas atmosféricas e o meio ambiente são complexas. Elas desempenham papel essencial no processo de formação de nuvens e no balanço energético do planeta, e podem causar efeitos adversos à saúde humana quando em altas concentrações.66 Barbosa, A. M.; Dissertação de Mestrado, Universidade Federal de Mato Grosso, Brasil, 2007.,77 Oliveira, P. H.; Artaxo, P.; Pires, C.; De Lucca, S.; Procópio, A.; Holben, B.; Rocha, H. R.; Tellus, Ser. B 2007, 59, 338. Os aerossóis atmosféricos afetam o clima diretamente, através da absorção e espalhamento da radiação solar, e indiretamente, alterando os mecanismos de formação de nuvens.88 Almeida Filho, E. O.; Dissertação de Mestrado, Universidade Federal de Mato Grosso, Brasil, 2006.

O balanço de radiação é um componente crítico do sistema climático da Terra, e um aumento na concentração de aerossóis atmosféricos provoca uma alteração líquida no balanço de radiação, chamada radiação dos aerossóis.99 Ramanathan, V.; Crutzen, P. J.; Kiehl, J. T.; Rosenfeld, D.; Science 2001, 294, 2119.

10 Kaufman, Y. J.; Fraser, R. S.; Science 1997, 277, 1636.
-1111 Procópio, A. S.; Artaxo, P.; Kaufman, Y. J.; Remer, L. A.; Schafer, J. S.; Holben, B. N.; Geophys. Res. Lett. 2004, 31. Alterações importantes no balanço de radiação na superfície ocorrem como consequência da grande quantidade de partículas lançadas na atmosfera durante as queimadas1212 Artaxo, P.; Oliveira, P. H.; Lara, L. L.; Pauliquevis, T. M.; Rizzo, L.V.; Junior, C. P.; Paixão, M. A.; Longo, K. M.; Freitas, S.; Correia, A.; Revista Brasileira de Meteorologia 2006, 21, 168.

Essas mudanças no balanço energético global são denominadas forçantes e são medidas em Watts por metro quadrado (W/m2). As forçantes radiativas dos aerossóis dependem de vários parâmetros e as incertezas existentes na determinação dessas forçantes, inclusive de seus sinais, leva muitas vezes à omissão do importante papel dos aerossóis nos modelos climáticos.1212 Artaxo, P.; Oliveira, P. H.; Lara, L. L.; Pauliquevis, T. M.; Rizzo, L.V.; Junior, C. P.; Paixão, M. A.; Longo, K. M.; Freitas, S.; Correia, A.; Revista Brasileira de Meteorologia 2006, 21, 168.

Alguns tipos de aerossóis como sulfatos, orgânicos, poeira, aerossol marinho, fuligem, entre outros, interceptam a entrada dos raios solares, aumentando o espalhamento da radiação solar para o espaço e reduzindo o fluxo de energia que chega à superfície da terra, produzindo assim um resfriamento. Alguns aerossóis, como o black carbon, absorvem luz solar e, deste modo, aquecem a atmosfera, mas também resfriam a superfície.1313 Andreae, M. O.; Artaxo, P.; Costa, A. A.; Frank, G. P.; Longo, K. M.; Silva-Dias, M. A. F.; Science 2004, 303, 1337.

Os aerossóis interagem com a luz solar,1414 Andreae, M. O.; Crutzen, P. J. E.; Science 1997, 276, 1052. influenciando o balanço de energia do sistema Terra-atmosfera. A interação direta dos aerossóis com a radiação solar na coluna atmosférica reduz a incidência de radiação na superfície e causa uma forçante climática negativa. Esse efeito é denominado efeito direto dos aerossóis.1515 Haywood, J.; Boucher, O.; Rev. Geophys. 2000, 38, 513.

O efeito semidireto decorre do aquecimento de camadas atmosféricas causado pela presença de partículas absorvedoras de radiação solar, gerando uma camada atmosférica mais estável e seca e, consequentemente, inibindo a formação de nuvens.1616 Koren, I. Y.; Kaufman, Y. J.; Remer, L. A.; Martins, J. V.; Science 2004, 303, 1342. Aerossóis também interagem com nuvens, modificando suas propriedades. As nuvens modificadas, por sua vez, interagem com a radiação solar. Dessa forma, define-se a forçante indireta (i.e. mediada pela interação com nuvens) de aerossóis. As estimativas de forçante radiativa para os efeitos indiretos de aerossóis encontradas na literatura apresentaram uma ampla gama de valores. A maioria dos resultados tem sinal negativo, variando entre cerca de -9,5 a -0,02 W/m2 para diferentes tipos de superfície, indicando condições de resfriamento climático (IPCC, 2007).1717 Intergovernmental Panel on Climate Change; Climate Change 2007: The Scientific Basis - Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the International Panel of Climate Change; Solomon, S.; Qin, D.; Manning, M.; Marquis, M.; Averyt, K.; Tignor, M. M. B.; Miller Jr., H. L.; Chen, Z., eds.; Cambridge University Press: New York, 2007. Nesse sentido, o objetivo desse trabalho foi analisar a concentração e composição de aerossóis de queimadas no Pantanal Mato-Grossense.

EXPERIMENTAL

A pesquisa foi conduzida em uma área localizada na Base Avançada de Pesquisas do Pantanal - Baía das Pedras, pertencente a Reserva Particular do Patrimônio Natural - RPPN SESC - Barão de Melgaço, (16º39' S; 56º47' O), localizado a cerca de 160 km de Cuiabá - MT, Pantanal Mato-grossense de acordo com a Figura 1.

Figura 1
Centro Avançado de Pesquisas do Pantanal - Reserva Particular do Patrimônio Natural do Serviço Social do Comércio (SESC) - Baía das Pedras - Pantanal

O clima no Pantanal é do tipo Aw (Köppen), sendo quente e úmido, com uma estação seca no inverno pronunciada de maio a setembro e uma estação chuvosa no verão de outubro a abril. Os índices pluviométricos oscilam de 800 a 1.400 mm por ano, com 80% do total ocorrendo nos meses de novembro a março. O clima é fortemente sazonal, com temperatura média anual em torno de 25 ºC, sendo nos meses de setembro a dezembro observadas as máximas temperaturas absolutas, ultrapassando os 40 ºC. As temperaturas médias anuais variam entre máximas de 29 a 32 ºC, e mínimas de 17 a 20 ºC. O solo da região é classificado como Gleissolo Háplico Ta Distrófico típico e a fitofisionomia é de campo.1818 Silva, M. P.; Mauro, R; Mourão, G.; Coutinho, M.; Rev. Bras. Bot. 2000, 143.

Método de amostragem e caracterização de aerossóis

Amostragem e análise gravimétrica de aerossóis

A coleta de partículas de aerossóis utilizando filtros é um método simples e muito comum para amostragem de partículas de aerossóis. Os filtros permitem realizar análise elementar e iônica por uma série de técnicas. Os mecanismos pelos quais as partículas depositam-se nos filtros são a impactação, interceptação e difusão, que são função do fluxo de ar no filtro, do diâmetro dos poros e do tamanho das partículas.1919 Hinds, W. C.; Aerosol Technology: properties, behavior and measurement of airbone particles, John Wiley & Sons: New York, 1999, cap. 3.

O material particulado atmosférico foi coletado pelo Amostrador de Particulado Fino e Grosso (AFG), que separa as partículas em duas frações de tamanhos de acordo com a Figura 2: uma fração fina (MP2,5), definida por partículas com diâmetros menores que 2,5 µm, e uma fração grossa (MP10), definida por partículas com diâmetros entre 2,5 e 10 µm, analisadas pelo Laboratório de Física Atmosférica - LFA - do Instituto de Física da Universidade de São Paulo - IFUSP.

Figura 2
Amostrador de particulado fino e grosso (AFG)

O material particulado foi coletado por impactação inercial, em dois filtros de policarbonato da Nuclepore® dispostos em série. O primeiro estágio retém as partículas da fração grossa com a utilização de um filtro grosso com poros de 8 µm de diâmetro. As partículas da fração fina são retidas no segundo estágio, por meio de um filtro com poros de 0,4 µm de diâmetro. Ambos os filtros possuem 47 mm de diâmetro. O fluxo típico durante a amostragem foi de 14 litros por minuto. O tempo de integração de cada conjunto de filtros foi de aproximadamente 48 horas na estação seca e 72 horas na estação chuvosa. Foram coletadas 49 amostras de particulado no período de 2012-2013, sendo 40 na estação seca e 09 na estação úmida.

A massa dos aerossóis coletados nos filtros do AFG foi determinada através da análise gravimétrica, cujo princípio resume-se em medir a massa do filtro antes e após a amostragem, em balança analítica de alta precisão e sensibilidade, mantendo temperatura e umidade controlada. A diferença entre as massas é devida ao material depositado nos filtros. Conhecendo-se o volume de ar amostrado, pode-se determinar a concentração do particulado coletado nas frações fina e grossa correspondente a cada filtro.

A determinação gravimétrica foi realizada em uma balança (Mettler) com precisão nominal de 1 µg, capaz de quantificar a variação de massa de cada filtro antes e após o processo de coleta. Os filtros de policarbonato foram expostos a uma fonte radioativa de polônio (210Po) por 24 horas antes de cada pesagem. Esse processo foi realizado para neutralizar as cargas elétricas estáticas agregadas a superfície de cada filtro, de forma que essas cargas não influenciassem os resultados da pesagem. O local onde o procedimento foi realizado manteve a temperatura controlada em 20 ºC e a umidade em valores menores que 40%.

Análise do teor de black carbon por refletância e Análise Elementar das amostras

As concentrações de carbono elementar foram obtidas após a medida da refletância dos filtros, utilizando o Smoke Stain Refletometer M43D (Diffusion Systems).

Após a obtenção dos dados gravimétricos e de black carbon, os filtros foram submetidos à análise química elementar através da fluorescência de raios-X (EDX - Energy Dispersive X-ray Fluorescence). Os filtros fino e grosso de todas as amostras de AFG, num total de 49, foram analisados para as concentrações de black carbon e de 25 elementos (Na, Mg, Al, Si, P, S, Cl, K, Ca, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Ni, Cu, Zn, As, Se, Br, Rb, Sr, Cd, Sb e Pb) e os limites de detecção para cada elemento segundo a Tabela 1. A análise se baseia na medida das intensidades dos raios-X que são emitidos pelos componentes dos elementos químicos da amostra quando ela é devidamente excitada. Por sua vez, estes emitem linhas espectrais com energias características dos elementos e cujas intensidades estão relacionadas com a concentração de cada elemento.2020 Espinosa, A. A.; Reyes-Herrera, J.; Miranda, J.; Mercado, F.; Veytia, M. A.; Cuautle, M.; Cruz, J. I.; Instrum. Sci. Technol. 2012, 40, 603.

Tabela 1
Limite de Detecção dos elementos

Análise Multivariada: Fatoração de Matriz Positiva (PMF)

A análise multivariada é uma ferramenta que permite a interpretação de uma base de dados com um número grande de variáveis por meio de tratamentos estatísticos. Para o estudo da poluição do ar, os modelos receptores são importantes para determinação de padrões de variação temporal e espacial dos poluentes e na quantificação de suas fontes. A fatoração de matrizes que representam conjuntos de dados multidimensionais complexos é à base de várias técnicas comumente aplicadas para reconhecimento de padrões e de agrupamento não supervisionado.

Nesta pesquisa foi utilizado o modelo PMF 3.0 desenvolvido pela EPA dos EUA,2121 Norris, G.; Wade, K.; Foley, C.; EPA Positive Matrix Factorization (PMF) 3.0 Fundamentals & User Guide, U. S. Environmental Protection Agency, Office of Research and Development, Washington, 2008. para repartir a fontes de material particulado. A partir da concentração das espécies e respectivas incertezas, o programa calcula a quantidade de fontes, os tipos, perfis, contribuições relativas e a série temporal. PMF tem sido utilizada recentemente em diversos estudos, constituindo uma ferramenta confiável para localizar e estimar fontes2222 Morishita, M.; Keeler, G. J.; Kamal, A. S.; Wagner, J. G.; Harkema, J. R.; Rohr, A. C.; Atmos. Environ. 2011, 45, 1627. e pode ser considerada um aperfeiçoamento das técnicas multivariadas aplicadas na área de poluição do ar, pois incorpora as incertezas das variáveis associadas às medidas como peso e ainda força todos os valores na solução dos perfis e das contribuições a serem não negativos.

Existe um software disponível na internet que faz os cálculos do PMF, disponível no endereço: http://www.epa.gov/air/basic.html, a partir do qual se pode baixar o programa, sendo que a versão utilizada EPA PMF 3.0 exige dois arquivos de entrada: uma para a concentração medida da espécie e uma para a incerteza estimada da concentração.2323 Paatero, P.; Tapper, U.; Environmetrics 1994, 5, 111.,2424 Paatero, P.; Chemom. Intell. Lab. Syst. 1997, 37, 23.

RESULTADOS E DISCUSSÃO

Inicialmente, são apresentados os resultados obtidos na análise gravimétrica e da análise de refletância, na Figura 3, em que a escala no eixo x não é linear e marca o início e o término da amostragem dos filtros que foi de 16 de abril de 2012 a 10 de agosto de 2013, somando um total de 15 meses.

Figura 3
Variação da concentração de material particulado fino - MP Fino (A) e material particulado grosso - MP Grosso (B), e suas respectivas concen trações de black carbon (BC) medidas na Reserva Particular do Patrimônio Natural SESC Pantanal entre 16/abril a 23/outubro de 2012 e 10/fevereiro a 10/agosto de 2013

De acordo com a Figura 3, nota-se que as concentrações de BC fino acompanharam as variações das concentrações de material particulado fino, tanto no período seco como chuvoso. O máximo de concentração de black carbon foi de 1,68 µg/m3 e a fração de partículas finas foi de 18,2 µg/m3 observada no dia 12 de setembro de 2012, no período seco. As maiores concentrações, tanto do material particulado fino, ocorreram de julho a início de outubro de 2012. Esses períodos são caracterizados pela baixa taxa de precipitação e pela diminuição da eficiência dos processos de remoção (período seco), com muitas queimadas nessa estação.

As concentrações de BC grosso acompanharam as variações das concentrações de material particulado grosso, tanto período seco como chuvoso. O máximo de concentração de black carbon foi de 0,189 µg/m3 no dia 04 de setembro de 2012 e a fração de partículas grosseiras foi de 12,7 µg/m3 no dia 10 de agosto de 2013. As maiores concentrações, tanto do material particulado fino e grosso, ocorreram de agosto a início de outubro de 2012. Observa-se que as concentrações de BC grosso e MP10 diminuem a partir de outubro de 2012 devido à alta taxa de precipitação e um aumento de umidade, caracterizando o período chuvoso no Pantanal de acordo com a Figura 4.

Figura 4
Variação da precipitação durante o período de amostragem em 2012 e 2013 e precipitação registrada pelo INMET entre os anos de 1983-1994 na região de Porto Cercado

Durante o período seco até 90 % da concentração de black carbon está na fração fina do aerossol, resultados semelhantes foram encontrados na cidade de Cuiabá.2525 Marques, R.; Tese de Doutorado, Universidade de São Paulo, Brasil, 2011. No mês de agosto/2012 as concentrações de MP2,5 foram até nove vezes superiores (chegando a 18 µg m-3) do que o registrado nos meses de chuvosos tanto de 2012 quanto 2013 (valores em torno de 2 µg m-3). Para o MP10, esse aumento foi de até três vezes no período seco.

Para o padrão nacional de qualidade do ar estabelecido pela Resolução CONAMA n.º 03/1990,2626 CONAMA (Conselho Nacional do Meio Ambiente) - Resolução Nº 003/1990. Dispõe sobre padrões de qualidade do ar, previstos no PRONAR. Diário Oficial da União. 22 de agosto de 1990. o material particulado foi separado em dois tipos de padrão de qualidade: primário e secundário, em que o padrão primário para as partículas totais em suspensão amostrados em 24 h é de 240 µg m-3 e para o padrão secundário é de 150 µg m-3.2626 CONAMA (Conselho Nacional do Meio Ambiente) - Resolução Nº 003/1990. Dispõe sobre padrões de qualidade do ar, previstos no PRONAR. Diário Oficial da União. 22 de agosto de 1990.

Pela Organização Mundial da Saúde (OMS),1313 Andreae, M. O.; Artaxo, P.; Costa, A. A.; Frank, G. P.; Longo, K. M.; Silva-Dias, M. A. F.; Science 2004, 303, 1337. a média anual para o MP2,5 é de 10 µg m-3 e no período de 24 h é de 25 µg m-3. Pela legislação internacional da United States Environmental Protection Agency (USEPA),1414 Andreae, M. O.; Crutzen, P. J. E.; Science 1997, 276, 1052. o padrão de 24 horas para MP2,5 passou de 65 µg m-3 para 35 µg m-3 e manteve o padrão anual de 15 µg m-3.2727 Pope III, C. A.; Dockery, D. W.; J. Air Waste Manage. Assoc., 2006, 56, 709.,2828 EPA Positive Matrix Factorization (PMF) 3.0. Fundamentals and User Guide, USEPA Office of Research and Development, 2008.

Observou-se que a estação Pantanal está dentro dos padrões de qualidade nacional estabelecidos pela Resolução CONAMA n.º 03/19901212 Artaxo, P.; Oliveira, P. H.; Lara, L. L.; Pauliquevis, T. M.; Rizzo, L.V.; Junior, C. P.; Paixão, M. A.; Longo, K. M.; Freitas, S.; Correia, A.; Revista Brasileira de Meteorologia 2006, 21, 168. e pela OMS,2626 CONAMA (Conselho Nacional do Meio Ambiente) - Resolução Nº 003/1990. Dispõe sobre padrões de qualidade do ar, previstos no PRONAR. Diário Oficial da União. 22 de agosto de 1990. e mesmo para o padrão internacional, ainda que apresentando um pico alto na época do período seco, que foi de 18,2 µg m-3 para a concentração de MP2,5, não ultrapassou os padrões de qualidade do ar.2626 CONAMA (Conselho Nacional do Meio Ambiente) - Resolução Nº 003/1990. Dispõe sobre padrões de qualidade do ar, previstos no PRONAR. Diário Oficial da União. 22 de agosto de 1990.,2727 Pope III, C. A.; Dockery, D. W.; J. Air Waste Manage. Assoc., 2006, 56, 709.

Para o MP10, o padrão brasileiro estabelece concentração média anual de 50 µg m-3, quando o ideal segundo a OMS é de 20 µg m-3; e para concentração de 24 horas o padrão nacional é de 150 µg m-3, enquanto o estabelecido pela organização é de 50 µg m-3. O padrão anual para MP10 foi revogado devido à falta de evidências que ligam problemas de saúde a exposição em longo prazo pela USEPA.2727 Pope III, C. A.; Dockery, D. W.; J. Air Waste Manage. Assoc., 2006, 56, 709. Observou-se que a estação Pantanal está dentro dos padrões de qualidade nacional estabelecidos pela Resolução CONAMA n.º 03/19902626 CONAMA (Conselho Nacional do Meio Ambiente) - Resolução Nº 003/1990. Dispõe sobre padrões de qualidade do ar, previstos no PRONAR. Diário Oficial da União. 22 de agosto de 1990., pela OMS2727 Pope III, C. A.; Dockery, D. W.; J. Air Waste Manage. Assoc., 2006, 56, 709. e está de acordo com o padrão internacional, mesmo apresentando um pico alto na época da estação seca, que foi de 12,7 µg m-3. No dia 10 de agosto de 2013 não ultrapassou os padrões de qualidade do ar. As maiores concentrações do material particulado grosso ocorreram de agosto a início de outubro de 2012. Observa-se que as concentrações MP10 diminuem a partir de outubro de 2012 devido à alta taxa de precipitação e um aumento de umidade, caracterizando o período chuvoso no Pantanal que está demonstrado na Figura 4.2626 CONAMA (Conselho Nacional do Meio Ambiente) - Resolução Nº 003/1990. Dispõe sobre padrões de qualidade do ar, previstos no PRONAR. Diário Oficial da União. 22 de agosto de 1990.,2828 EPA Positive Matrix Factorization (PMF) 3.0. Fundamentals and User Guide, USEPA Office of Research and Development, 2008.

Considerando o número de focos de queimadas registrados em Mato Grosso disponibilizados pelo Monitoramento Orbital e Risco de Fogo do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais, foram registrados 26.017 focos de calor em 2012 e 17.823 focos no ano de 2013. De maneira geral reflete a variação sazonal da precipitação no estado, que, em geral, apresenta uma estação seca entre abril e setembro, sendo que neste período se concentrou o maior número de focos, sendo 21.531 em 2012 e 13.119 em 2013. Entre alguns dos motivos para a realização da queimada, deve ser considerado que se trata de um método barato para a limpeza de áreas que serão destinadas posteriormente a atividades de pecuária e agricultura.2929 Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais, Monitoramento de focos ativos por estado: Mato Grosso - Brasil. 2013.

Em Mato Grosso essa realidade não foge à regra, uma vez que o intenso e constante desmatamento e consequente queima da vegetação causam fortes impactos ao ecossistema regional. Os incêndios afetam diretamente a biologia e físico-química dos solos, além de provocar a deterioração da qualidade do ar, levando até o fechamento de aeroportos por falta de visibilidade, reduzindo a biodiversidade e prejudicando a saúde humana. Ao fugir do controle atinge o patrimônio público e privado (cercas, construções, florestas, linhas de transmissão e de telefonia, entre outras). As queimadas alteram a química da atmosfera e influem negativamente nas mudanças globais, tanto no efeito estufa como no aumento da concentração de partículas de aerossóis, O3, CO, e outros gases como CO2 (dióxido de carbono), CH4 (metano) e N2O (óxido nitroso).3030 Hao, W. M.; Liu, M. H.; Global Biogeochem. Cycles 1994, 4, 495.,3131 Andreae, M. O.; Anderson, B. E.; Blake, D. R.; Brad Shaw, J. D.; Collins, J. E.; Gregory, G. L.; Sachse, G. W.; Shipham, M. C.; J. Geophys. Res. 1994, 99, 12793.

A queima da biomassa é uma das mais importantes fontes antropogênicas de aerossóis e de emissão de gases traços para a atmosfera. Ocorrem principalmente no ecótono entre a floresta tropical e o Cerrado, onde o processo de desmatamento é mais intenso.3232 Crutzen, P. J. E; Andreae, M. O.; Science 1990, 4988, 1669.

Como resultado dessa inclusão, esses produtos podem ser transportados à longa distância e propagarem, assim, o impacto dessas emissões a uma escala global, resultando em uma persistente camada de fumaça espacialmente distribuída sobre uma extensa área, ao redor de 4 milhões de km2, em muito superior à área onde estão distribuídas as queimadas.3333 Andreae, M. O.; Artaxo, P.; Fischer, H.; Freitas, S. R.; Gregoire, J. M.; Hansel, A.; Hoor, P.; Kormann, R.; Krejci, R.; Lange, L.; Lelieveld, J.; Lindenger, W.; Longo, K.; Peters, W.; de Reus, M.; Scheeren, B.; Silva Dias, M. A. F.; Strom, J.; van Velthoven, P. F. J.; Willians, J.; Geophys. Res. Lett. 2001, 28, 951.

34 Gerab, F.; Tese de Doutorado, Universidade de São Paulo, Brasil, 1996.
-3535 Longo, K. M.; Tese de Doutorado, Universidade de São Paulo, Brasil, 1999.

As queimadas e incêndios florestais nas regiões equatorial e tropical, durante a estação seca, lançam para a atmosfera grandes quantidades de fumaça e fuligem provenientes da combustão da biomassa.2525 Marques, R.; Tese de Doutorado, Universidade de São Paulo, Brasil, 2011. Estudos sobre a composição elementar do material particulado têm mostrado que a emissão de BC, o qual se sabe ser majoritariamente fuligem proveniente da combustão, está associado a conhecidos elementos traços de emissões de queimadas como por, exemplo: S, K, Cl, Ca e Zn, na fração fina do material particulado.3636 Yamasoe, M. A.; Artaxo, P.; Miguel, A. H.; Allen, A. G. Atmos. Environ. 2000, 34, 1641.,3737 Echalar, F.; Artaxo, P.; Martins, J. V.; Yamasoe, M.; Gerab, F.; Maenhaut, W.; Holben, B.; J. Geophys. Res.: Atmos. 1998, 103, 31.849.

Esses componentes podem alterar as propriedades da atmosfera, sendo que as partículas são eficientes tanto no espalhamento (devido à presença de compostos orgânicos condensados, o qual se refere como carbono orgânico), quanto na absorção de radiação solar devido ao conteúdo de BC. Outro fator importante é que as partículas de fumaça atuam como núcleos de condensação de nuvens e podem alterar as propriedades físicas e óticas nas nuvens, como a distribuição do tamanho das gotas e no albedo.3838 Echalar, F.; Artaxo, P.; Martins, J. V.; Yamasoe, M.; Gerab, F. Maenhaut, W.; Holben, B.; J. Geophys. Res. 1998, 103, 31.849.,3939 Pope III, C. A.; Dockery, D. W.; J. Air Waste Manage. Assoc. 2006, 56, 709.

Durante a estação seca, em virtude da emissão de aerossóis para a atmosfera, as regiões Centro-Oeste e Norte do Brasil ficam cobertas por espessa camada de fuligem. No entanto, as elevadas temperaturas envolvidas nas regiões e turbulências geradas durante a queimada são responsáveis por lançarem as partículas e gases para altas altitudes e sua inclusão na circulação geral troposférica.4040 Crutzen, P. J.; Andreae, M.; Publ. Am. Assoc. Adv. Sci. 1990, 4988, 1669.

Modelo Receptor por Análise de Fatoração de Matriz Positiva (PMF)

O PMF é o conjunto de elementos agrupados num mesmo fator que determina a fonte. Assim, um único elemento pode contribuir para a classificação de diversas fontes. Sendo assim, na Tabela 2, moda fina (estação seca), no Fator 1, notam-se baixas concentrações MP2.5, BC_F, Br, Mg, Al, Si, P, S, K, Ca, Ti, Fe e Zn provenientes da queima da biomassa, solo e emissão biogênica no Pantanal que são indicadores característicos de emissões de queimadas.3838 Echalar, F.; Artaxo, P.; Martins, J. V.; Yamasoe, M.; Gerab, F. Maenhaut, W.; Holben, B.; J. Geophys. Res. 1998, 103, 31.849.,4141 Santos, A. C. A.; Nogueira, J. S.; Revista Brasileira de Meteorologia 2015, 30, 254.

42 Guyon, P.; Graham, B.; Roberts, G. C.; Bracero, O. L. M.; Maenhaut, W.; Artaxo, P.; Andreae, M. O.; Atmos. Environ. 2004, 38, 1039.
-4343 Maenhaut, W.; Fernández-Jiménez, M. F.; Rajta, I.; Artaxo, P.; Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. B 2002, 189, 1.

Tabela 2
Percentual de participação das espécies (ng m-3) nos fatores identificados no PMF na moda fina na estação seca. * MP2.5 e BC (µg m-3). As atribuições dessas fontes estão discutidas detalhadamente no texto. Fator 1: Queima da biomassa, solo e emissão biogênica; Fator 2: Queima da biomassa; Fator 3: Solo e queima da biomassa; Fator 4: Combustíveis fósseis. Os elementos representados (_F) são da moda fina

No Fator 2, os porcentuais dos elementos MP2.5, BC_F, P, S, K e Br são provenientes da queima da biomassa no Pantanal.4141 Santos, A. C. A.; Nogueira, J. S.; Revista Brasileira de Meteorologia 2015, 30, 254.Black carbon, S, K, Br, I e massa de MP2.5 foram as variáveis associadas com a componente principal 1 que pode ser classificado como fonte de queima da biomassa, uma vez que a presença de BC, K e S na moda fina do aerossol durante a estação seca é indicativo característico de emissões de queimadas.3636 Yamasoe, M. A.; Artaxo, P.; Miguel, A. H.; Allen, A. G. Atmos. Environ. 2000, 34, 1641.,4141 Santos, A. C. A.; Nogueira, J. S.; Revista Brasileira de Meteorologia 2015, 30, 254.

42 Guyon, P.; Graham, B.; Roberts, G. C.; Bracero, O. L. M.; Maenhaut, W.; Artaxo, P.; Andreae, M. O.; Atmos. Environ. 2004, 38, 1039.
-4343 Maenhaut, W.; Fernández-Jiménez, M. F.; Rajta, I.; Artaxo, P.; Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. B 2002, 189, 1.

No Fator 3, os percentuais dos elementos Al, Si, Ca e Fe, provenientes de ressuspensão do solo, podem ser associados às proximidades do site e a presença de tráfego veicular nas proximidades da área de estudo. As partículas procedentes de ressuspensão do solo, sejam pelo tráfego veicular ou pelo vento, apresentam, como elementos característicos, Al, Si, Fe, Ca, K, Ti.4141 Santos, A. C. A.; Nogueira, J. S.; Revista Brasileira de Meteorologia 2015, 30, 254.,4444 Lara, L. L.; Artaxo, P.; Martinelli, L. A.; Camargo, P. B.; Victoria, R. L.; Ferraz, E. S. B.; Atmos. Environ. 2005, 39, 4627.

45 Miranda, R. M.; Andrade, M. F.; Worobiec, A.; Van Grieken, R.; Atmos. Environ. 2002, 36, 345.
-4646 Pozza, S. A.; Dissertação de Mestrado, Universidade Federal de São Carlos, Brasil, 2005.

No Fator 4 notam-se altas porcentagens dos elementos Na e S, que podem ser provenientes de combustíveis fósseis, e para uma melhor compreensão necessita-se de mais dados, pois não se trabalhou a parte de trajetórias de vento.4141 Santos, A. C. A.; Nogueira, J. S.; Revista Brasileira de Meteorologia 2015, 30, 254.

Na Tabela 3, moda grossa (estação seca), no Fator 1, há presença P, S, BC_G provenientes da queima da biomassa no Pantanal.

Tabela 3
Percentual de participação das espécies (ng m-3) nos fatores identificados no PMF na moda grossa na estação seca. * MP10 e BC (µg m-3). As atribuições dessas fontes estão discutidas detalhadamente no texto. Fator 1: Queima da biomassa; Fator 2: Ressuspensão do solo e queima da biomassa; Fator 3: Emissão biogênica; Fator 4: Emissão biogênica. Os elementos representados (_G) são da moda grossa

No Fator 2 há presença de Al, Si, Ca, Ti e Fe, provenientes da poeira do solo, e BC_G, S, K, Br, provenientes da queima da biomassa no Pantanal. No Fator 3 e 4 há presença de S, P, K e Zn, provenientes de emissão biogênica no Pantanal.4141 Santos, A. C. A.; Nogueira, J. S.; Revista Brasileira de Meteorologia 2015, 30, 254.

CONCLUSÃO

Utilizando metodologias analíticas e de amostragem, foi possível obter a caracterização do material particulado de queimadas black carbon, MP2.5, MP10.

Foram identificadas três principais fontes de emissão de aerossol pela Matriz de Fatoração Positiva (PMF), na moda fina no período seco: emissão biogênica, ressuspensão do solo e queima da biomassa. O objetivo desse estudo foi a análise da concentração e composição de aerossóis de queimadas no Pantanal Mato-Grosso observando que no período seco ocorre um aumento na concentração de black carbon e na moda fina o que indica a influência das queimadas caracterizada por essa estação. A fração do material particulado grosso na estação seca se deve a contribuição da ressuspensão de poeira do solo, porém pode ter influência da queima da biomassa também, em que a fração grossa pode ter origem de quebra mecânica e ressuspensão de poeira. Portanto, a região do Pantanal apresentou resultados que estão dentro dos padrões nacional e internacional.

AGRADECIMENTOS

Os autores agradecem aos técnicos (Fabio, Fernando, Alcides, Ana Lúcia) do Laboratório de Física Atmosférica da Universidade de São Paulo pelo suporte na amostragem e análise dos dados experimentais usados no trabalho. Os autores agradecem ao Prof. Paulo Eduardo Artaxo Netto do Laboratório de Física Atmosférica da Universidade de São Paulo, à FAPESP pelo apoio financeiro ao projeto de pesquisa AEROCLIMA FAPESP 2008/58100-2, ao PRONEX pelo apoio financeiro ao projeto de pesquisa processo n. 823971/2009, à Pró-reitora de Pesquisa (Propeq) da Universidade Federal de Mato Grosso na pessoa do Sr. Ciríaco por colaborar na instalação, cessão de veículo e acompanhamento do experimento e ao Sr. Adolfo e à Sr.ª Maria do Carmo pelo suporte durante a estadia na BAPP-UFMT.

REFERÊNCIAS

  • 1
    Merino, E. D.; Assine, M. L.; Pupim, F. N.; Revista Brasileira de Geomorfologia 2013, 14, 127.
  • 2
    Nunes da Cunha, C.; Junk, W. J.; Applied Vegetation Science 2004, 7, 103.
  • 3
    Cançado, J.; Braga, A.; Pereira, L.; Arbex, M. A.; Saldiva, P. H. N.; Santos, U. P.; J. Bras. Pneumol. 2006, 32, 5.
  • 4
    Seinfeld, J. H.; Pandis, S. N.; Atmospheric Chemistry and Physics: from air pollution to climate change, John Wiley & Sons: New York, 2006, cap. 4.
  • 5
    Rosasco, F. V.; Mariani, R. L.; Martins, M. P. P.; Pereira, E. B.; Geochim. Bras. 2011, 25, 25.
  • 6
    Barbosa, A. M.; Dissertação de Mestrado, Universidade Federal de Mato Grosso, Brasil, 2007.
  • 7
    Oliveira, P. H.; Artaxo, P.; Pires, C.; De Lucca, S.; Procópio, A.; Holben, B.; Rocha, H. R.; Tellus, Ser. B 2007, 59, 338.
  • 8
    Almeida Filho, E. O.; Dissertação de Mestrado, Universidade Federal de Mato Grosso, Brasil, 2006.
  • 9
    Ramanathan, V.; Crutzen, P. J.; Kiehl, J. T.; Rosenfeld, D.; Science 2001, 294, 2119.
  • 10
    Kaufman, Y. J.; Fraser, R. S.; Science 1997, 277, 1636.
  • 11
    Procópio, A. S.; Artaxo, P.; Kaufman, Y. J.; Remer, L. A.; Schafer, J. S.; Holben, B. N.; Geophys. Res. Lett. 2004, 31.
  • 12
    Artaxo, P.; Oliveira, P. H.; Lara, L. L.; Pauliquevis, T. M.; Rizzo, L.V.; Junior, C. P.; Paixão, M. A.; Longo, K. M.; Freitas, S.; Correia, A.; Revista Brasileira de Meteorologia 2006, 21, 168.
  • 13
    Andreae, M. O.; Artaxo, P.; Costa, A. A.; Frank, G. P.; Longo, K. M.; Silva-Dias, M. A. F.; Science 2004, 303, 1337.
  • 14
    Andreae, M. O.; Crutzen, P. J. E.; Science 1997, 276, 1052.
  • 15
    Haywood, J.; Boucher, O.; Rev. Geophys. 2000, 38, 513.
  • 16
    Koren, I. Y.; Kaufman, Y. J.; Remer, L. A.; Martins, J. V.; Science 2004, 303, 1342.
  • 17
    Intergovernmental Panel on Climate Change; Climate Change 2007: The Scientific Basis - Contribution of Working Group I to the Fourth Assessment Report of the International Panel of Climate Change; Solomon, S.; Qin, D.; Manning, M.; Marquis, M.; Averyt, K.; Tignor, M. M. B.; Miller Jr., H. L.; Chen, Z., eds.; Cambridge University Press: New York, 2007.
  • 18
    Silva, M. P.; Mauro, R; Mourão, G.; Coutinho, M.; Rev. Bras. Bot. 2000, 143
  • 19
    Hinds, W. C.; Aerosol Technology: properties, behavior and measurement of airbone particles, John Wiley & Sons: New York, 1999, cap. 3.
  • 20
    Espinosa, A. A.; Reyes-Herrera, J.; Miranda, J.; Mercado, F.; Veytia, M. A.; Cuautle, M.; Cruz, J. I.; Instrum. Sci. Technol. 2012, 40, 603.
  • 21
    Norris, G.; Wade, K.; Foley, C.; EPA Positive Matrix Factorization (PMF) 3.0 Fundamentals & User Guide, U. S. Environmental Protection Agency, Office of Research and Development, Washington, 2008
  • 22
    Morishita, M.; Keeler, G. J.; Kamal, A. S.; Wagner, J. G.; Harkema, J. R.; Rohr, A. C.; Atmos. Environ. 2011, 45, 1627.
  • 23
    Paatero, P.; Tapper, U.; Environmetrics 1994, 5, 111.
  • 24
    Paatero, P.; Chemom. Intell. Lab. Syst. 1997, 37, 23.
  • 25
    Marques, R.; Tese de Doutorado, Universidade de São Paulo, Brasil, 2011.
  • 26
    CONAMA (Conselho Nacional do Meio Ambiente) - Resolução Nº 003/1990. Dispõe sobre padrões de qualidade do ar, previstos no PRONAR. Diário Oficial da União. 22 de agosto de 1990.
  • 27
    Pope III, C. A.; Dockery, D. W.; J. Air Waste Manage. Assoc., 2006, 56, 709.
  • 28
    EPA Positive Matrix Factorization (PMF) 3.0. Fundamentals and User Guide, USEPA Office of Research and Development, 2008
  • 29
    Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais, Monitoramento de focos ativos por estado: Mato Grosso - Brasil. 2013.
  • 30
    Hao, W. M.; Liu, M. H.; Global Biogeochem. Cycles 1994, 4, 495.
  • 31
    Andreae, M. O.; Anderson, B. E.; Blake, D. R.; Brad Shaw, J. D.; Collins, J. E.; Gregory, G. L.; Sachse, G. W.; Shipham, M. C.; J. Geophys. Res. 1994, 99, 12793.
  • 32
    Crutzen, P. J. E; Andreae, M. O.; Science 1990, 4988, 1669.
  • 33
    Andreae, M. O.; Artaxo, P.; Fischer, H.; Freitas, S. R.; Gregoire, J. M.; Hansel, A.; Hoor, P.; Kormann, R.; Krejci, R.; Lange, L.; Lelieveld, J.; Lindenger, W.; Longo, K.; Peters, W.; de Reus, M.; Scheeren, B.; Silva Dias, M. A. F.; Strom, J.; van Velthoven, P. F. J.; Willians, J.; Geophys. Res. Lett. 2001, 28, 951.
  • 34
    Gerab, F.; Tese de Doutorado, Universidade de São Paulo, Brasil, 1996.
  • 35
    Longo, K. M.; Tese de Doutorado, Universidade de São Paulo, Brasil, 1999.
  • 36
    Yamasoe, M. A.; Artaxo, P.; Miguel, A. H.; Allen, A. G. Atmos. Environ. 2000, 34, 1641.
  • 37
    Echalar, F.; Artaxo, P.; Martins, J. V.; Yamasoe, M.; Gerab, F.; Maenhaut, W.; Holben, B.; J. Geophys. Res.: Atmos. 1998, 103, 31.849.
  • 38
    Echalar, F.; Artaxo, P.; Martins, J. V.; Yamasoe, M.; Gerab, F. Maenhaut, W.; Holben, B.; J. Geophys. Res. 1998, 103, 31.849.
  • 39
    Pope III, C. A.; Dockery, D. W.; J. Air Waste Manage. Assoc. 2006, 56, 709.
  • 40
    Crutzen, P. J.; Andreae, M.; Publ. Am. Assoc. Adv. Sci. 1990, 4988, 1669.
  • 41
    Santos, A. C. A.; Nogueira, J. S.; Revista Brasileira de Meteorologia 2015, 30, 254.
  • 42
    Guyon, P.; Graham, B.; Roberts, G. C.; Bracero, O. L. M.; Maenhaut, W.; Artaxo, P.; Andreae, M. O.; Atmos. Environ. 2004, 38, 1039.
  • 43
    Maenhaut, W.; Fernández-Jiménez, M. F.; Rajta, I.; Artaxo, P.; Nucl. Instrum. Methods Phys. Res., Sect. B 2002, 189, 1.
  • 44
    Lara, L. L.; Artaxo, P.; Martinelli, L. A.; Camargo, P. B.; Victoria, R. L.; Ferraz, E. S. B.; Atmos. Environ. 2005, 39, 4627.
  • 45
    Miranda, R. M.; Andrade, M. F.; Worobiec, A.; Van Grieken, R.; Atmos. Environ. 2002, 36, 345.
  • 46
    Pozza, S. A.; Dissertação de Mestrado, Universidade Federal de São Carlos, Brasil, 2005.

Datas de Publicação

  • Publicação nesta coleção
    Set 2016

Histórico

  • Recebido
    14 Dez 2015
  • Aceito
    01 Abr 2016
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