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Tese de Doutorado
DOI
https://doi.org/10.11606/T.59.2021.tde-26012022-100337
Documento
Autor
Nome completo
Dayane Cristina Oliveira dos Reis
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
Ribeirão Preto, 2021
Orientador
Banca examinadora
Campos, Maria Lucia Arruda de Moura (Presidente)
Fornaro, Adalgiza
Rocha, Gisele Olímpio da
Solci, Maria Cristina
Título em português
Íons majoritários em fase gasosa, no material particulado e na água de chuva da atmosfera de Ribeirão Preto, uma cidade canavieira do estado de São Paulo
Palavras-chave em português
Água de chuva
Gases atmosféricos
Íons majoritários
Material particulado
Nitrogênio reativo
Resumo em português
A atmosfera é um compartimento bastante dinâmico que recebe gases e material particulado de diversas fontes, que sofrem reações, são transportados de uma região para outra, e posteriormente depositados no ambiente terrestre e marinho. Essa dinâmica traz importantes consequências para o ambiente e para a saúde humana. O objetivo desse trabalho consistiu em determinar a concentração de espécies majoritárias solúveis presentes na fase gasosa, particulada e água de chuva da atmosfera de Ribeirão Preto, a fim de caracterizar a composição química da atmosfera e avaliar possíveis alterações causadas pela implementação do processo de colheita mecanizada da cana de açúcar, e pelas alterações na formulação dos combustíveis fósseis. Foram realizadas amostragens de gases, MP e água de chuva entre os anos de 2017 e 2019, sendo que os resultados foram incorporados àqueles obtidos em trabalhos anteriores no mesmo local de estudo para investigação de tendências temporais. Os íons analisados no MP e água de chuva foram: Na+, NH4+, K+, Ca2+, Mg2+, F-, C2H3O3-, H3CCOO-, HCOO-, Cl-, NO2-, NO3-, PO43-, SO42- e N orgânico. Em fase gasosa: SO2, HCl, HNO3 e NH3. Todas as espécies foram analisadas por cromatografia de troca iônica. A avaliação da concentração do marcador químico de queima de biomassa (K+ no MP2,5), mostrou que embora a queima da palha da cana não ocorra com o emprego da colheita mecanizada, a queima de biomassa ainda é uma das principais fontes de emissão na região de estudo durante o período seco. Houve um decréscimo na concentração de SO2, com médias de 0,45 µg m-3 em 2015/16 passando a 0,13 µg m-3 em 2019, possivelmente associado à redução do teor de enxofre nos combustíveis fósseis. No caso da NH3 na fase gasosa houve aumento gradual na concentração média, que passou de 1,78 µg m-3 (2015/16) a 4,92 µg m-3 (2019), e na água de chuva passou de 18,2 µmol L-1 (2005) a 27,4 µmol L-1 (2019). Esse aumento foi atribuído à volatilização e ressuspensão de fertilizantes aplicados em maiores escalas, aumento das emissões devido ao uso obrigatório de catalisadores mais eficientes em veículos novos, além da, ainda frequente, queima de biomassa na região. Os íons NH4+, SO42- e K+, apresentaram maiores concentrações na fração fina do MP do que na fração grossa, corroborando com a importância das fontes na queima de biomassa e nos combustíveis automotivos. Por meio da análise de componentes principais, foi possível inferir que os íons majoritários solúveis presentes no MP têm como principal origem a queima de biomassa (41%), seguida de 13,1% na ressuspensão do solo; 8,2% de emissão veicular; 7,5% na formação fotoquímica e 5,8% queima de plástico/contribuição marinha. Dentre as espécies nitrogenadas do material particulado, a fração orgânica representa aproximadamente 50% do total. O fluxo de nitrogênio reativo foi estimado em 14,2 kg N ha-1 ano-1, sendo que 76% ocorre por deposição úmida; 22,7% por deposição gasosa e 1,3% por material particulado.
Título em inglês
Atmospheric major ions in gaseous phase, particulate matter and rainwater from Ribeirão Preto, a city with predominant sugarcane activities in the State of São Paulo
Palavras-chave em inglês
Atmospheric gases
Major ions
Particulate matter
Rainwater
Reactive nitrogen
Resumo em inglês
The atmosphere is a very dynamic compartment that receives gases and particulate material from different sources, which undergo reactions, are transported from one region to another, and subsequently deposited in the terrestrial and marine environment. These dynamic processes have important consequences for the environment and human health. The objective of this work was to determine the concentration of soluble major species present in the gaseous phase, particulate matter and rainwater of the atmosphere of Ribeirão Preto, in order to characterize the chemical composition of the atmosphere and evaluate possible changes caused by the implementation of the mechanized harvesting process of sugarcane, and by changes in the formulation of fossil fuels. Sampling of gases, PM and rainwater was carried out between 2017 and 2019, and the results were incorporated to those obtained in previous works in the same study site to investigate temporal trends. The ions analyzed in MP and rainwater were: Na+, NH4+, K+, Ca2+, Mg2+, F-, C2H3O3-, H3CCOO-, HCOO-, Cl-, NO2-, NO3-, PO43-, SO42- and organic N. In gaseous phase: SO2, HCl, HNO3 and NH3. All species were analyzed by ion exchange chromatography. The evaluation of the concentration of the biomass burning chemical marker (K+ in PM2.5) showed that although the burning of sugarcane leaves does not occur with the use of mechanized harvesting, biomass burning is still one of the main sources of emission in the study region during the dry period. There was a decrease in the concentration of SO2, with averages of 0.45 µg m-3 in 2015/16 to 0.13 µg m-3 in 2019, possibly associated with the reduction in the sulfur content in fossil fuels. In the case of NH3 in the gas phase, there was a gradual increase in the average concentration, which went from 1.78 µg m-3 (2015/16) to 4.92 µg m-3 (2019), and in rainwater, it went from 18, 2 µmol L-1 (2005) to 27.4 µmol L-1 (2019). This increase was attributed to the volatilization and resuspension of fertilizers applied on larger scales, increased emissions due to the mandatory use of more efficient catalysts in new vehicles, in addition to the still frequent burning of biomass in the region. NH4+, SO42- and K+ ions showed higher concentrations in the fine fraction of PM than in the coarse fraction, confirming the importance of sources in biomass burning and in automotive fuels. Through principal component analysis, it was possible to infer that the major soluble ions present in PM have as their main origin biomass burning (41%), followed by 13.1% in soil resuspension; 8.2% in vehicle emissions; 7.5% in photochemical formation and 5.8% plastic burn/marine. Among the nitrogenous species of the PM, the organic fraction represents approximately 50% of the total. The reactive nitrogen flux was estimated at 14.2 kg N ha-1 yr-1, with 76% occurring by wet deposition; 22.7% by gaseous deposition and 1.3% by particulate material.
 
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Data de Publicação
2022-02-14
 
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