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Tese de Doutorado
DOI
https://doi.org/10.11606/T.14.2021.tde-04052021-201127
Documento
Autor
Nome completo
Ana Paula Mendes Emygdio
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2021
Orientador
Banca examinadora
Andrade, Maria de Fatima (Presidente)
Alves, Célia dos Anjos
Godoi, Ricardo Henrique Moreton
Martins, Leila Droprinchinski
Saldiva, Paulo Hilario Nascimento
Título em português
Caracterização do aerossol biogênico primário na atmosfera da Região Metropolitana de São Paulo
Palavras-chave em português
Bioaerossóis
Distribuição de fontes de aerossol
Esporos fúngicos.
Material particulado
Núcleo de gelo
Resumo em português
A Região Metropolitana de São Paulo, (RMSP), Brasil, frequentemente apresenta concentrações de material particulado (MP) que excedem os padrões nacionais de qualidade do ar. Entender suas fontes é um passo fundamental para a descrição dos processos físico-químicos na atmosfera e para a criação de políticas destinadas à redução da concentração de poluentes no ar. Os bioaerossóis, que constituem o MP, são importantes atores na deflagração de doenças respiratórias além de interferirem em processos climáticos. Esse trabalho objetivou estimar a concentração, importância e as fontes das partículas biogênicas primárias e outros compostos orgânicos presentes na atmosfera da RMSP. A amostragem utilizou dois equipamentos de coleta de MP10 (MP Inalável, da <10 micra) em filtro, MiniVol e o HiVol" e um amostrador de bioaerossóis: Bukard. As amostras foram coletadas na Cidade Universitária da Universidade de São Paulo (USP) em São Paulo durante o ano de 2017 e 2018 e diversos compostos foram analisados: elementos traço do MP10; carbono orgânico e elementar; compostos orgânicos (carboidratos e ácidos orgânicos); íons; proteínas solúveis em água (WSP); e esporos de fungos. O arabitol e o manitol correlacionaram-se com diversos tipos fúngicos, indicando uma origem em comum. Um fator de conversão de 3,0 pg de arabitol/esporo e 4,5 pg de manitol/esporo foi proposto para São Paulo no período de coleta para converter a concentração de açúcares em número de esporos fúngicos. Através de fatores de conversão da literatura, atribuiu-se aos esporos fúngicos, em média, 1,5% e 3,7% da massa de MP10 e carbono orgânico, respectivamente. A correlação entre WSP com alguns elementos e com levoglucosano e K+ permite indicar que a ressuspensão do solo e a queima de biomassa são importantes fontes de bioaerossóis. A concentração de levoglucosano em São Paulo foi menor em 2017 em comparação com anos anteriores, sendo associado a meteorologia e/ou políticas públicas de redução da queima de biomassa (cana de açúcar) na agricultura do Estado. Assim, também se discutiu a importância da agricultura e da produção sucroalcooleira, bem como outras possíveis fontes de levoglucosano (ressuspensão do solo, desgaste de pneu, fogueiras etc.). Das seis fontes obtidas com a aplicação do PMF (Positive Matrix Factorization) para o MP10, os Bioaerossóis, a Ressuspensão do solo/pavimento e o Aerossol Inorgânico Secundário explicaram 12,7%, 25,9% e 20,9% da massa do MP10, respectivamente. As demais fontes foram a Emissão Veicular, Aerossol Marinho e Queima de Biomassa. Apesar da fonte biogênica e de queima de biomassa não contribuírem para uma grande fração da massa do MP10, ambas têm um importante papel nos processos climáticos e na saúde. Diversas espécies de fungos foram testadas para determinar seu potencial como núcleos de gelo usando um banho termostático e contudo, apenas a Macrolepiota e a Abortiporus sp. apresentaram uma temperatura inicial de congelamento abaixo de - 10 ºC.Os resultados desta pesquisa indicam a importância de analisar compostos que são marcadores específicos de fontes e que não são geralmente incluídos em modelos receptores. Além disso, foi elucidada a importância dos bioaerossóis e esporos fúngicos para as partículas da atmosfera de São Paulo.
Título em inglês
Primary biogenic aerosol characterization in the Metropolitan area of São Paulo
Palavras-chave em inglês
Aerosol source apportionment
Bioaerosols
Fungal spores.
Ice nuclei
Particulate matter
Resumo em inglês
The metropolitan area of São Paulo (MASP), Brazil, frequently shows particulate matter concentrations (PM) that exceed national air quality standards. Understanding its sources is a fundamental step in describing the physical-chemical processes in the atmosphere and in creating polices aimed at reducing the concentration of pollutants in the air. Bioaerosols, which make up the PM, are important players in the outbreak of respiratory diseases in addition to interfering in climatic processes, such as the ice nuclei formation. This work aimed to estimate the concentration, importance and sources of primary biogenic particles and others organic compounds present in the MASP atmosphere. The sampling used two equipment for collecting PM10 (inhalable PM, da <10 m): MiniVol and HiVol" and one bioaerosol sampler: Burkard. The samples were collected at University city, of the University of São Paulo in São Paulo during 2017 and 2018 and several compounds were analyzed: trace elements of the PM10; organic and elemental carbon; organic compounds (carbohydrates and organic acids); ions; water soluble protein (WSP); and fungal spores. Arabitol and Mannitol correlated with several fungal types, indicating a common origin. A conversion factor of 3.0 pg of arabitol/spore and 4.5 pg of mannitol/spore was proposed for São Paulo during the sampling period to convert the sugar concentration into fungal spore number. Through conversion factors present in the literature, fungal spores were attributed, on average, to 1.5% and 3.7% of the PM10 and organic carbon mass, respectively. A correlation between WSP with some elements and with levoglucosan and K+ allows to indicate that the soil resuspension and biomass burning are important sources of bioaerosols. Levoglucosan concentration in São Paulo was lower in 2017 compared with previous years, being associated with meteorology and/or public policies to reduce biomass burning (sugar cane) in agriculture (do Estado). Thus, the importance of agriculture and sugar and alcohol production was also discussed, as well as other possible sources of levoglucosan (soil resuspension, tire wear, bonfires, etc.). Of the six sources obtained with the PMF application (Positive Matrix Factorization) for PM10, the Bioaerosols, Soil/pavement resuspension and Secondary Inorganic Aerosol explained 12.7%, 25.9% and 20.9% of the PM10 mass, respectively. The other sources were vehicle emission, marine aerosol, biomass burning. Although the biogenic source and the biomass burning do not contribute to a large fraction of the PM10 mass, both have an important role on the climatic process and health. Several fungal species were tested to determine their potential as ice nuclei, using a thermostatic bath, however, only Macrolepiota and the Abortiporus sp. had an initial freezing temperature below 10 ºC. The results of this research indicate the importance of analyzing compounds which are specific markers of sources and that usually are not included in receptor models. In addition, the importance of bioaerosols and fungal spores for particles in the atmosphere of São Paulo has been elucidated.
 
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Data de Publicação
2021-06-04
 
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