Em um região urbana, de atmosfera complexa, como a da cidade de São Paulo foi possível por meio das metodologias analíticas e de amostragem obter a identificação e quantificação de fontes de poluentes. Em duas campanhas de amostragem uma extensa base de dados com informações sobre o material particulado e gases foi obtida. A comparação entre diferentes metodologias de amostragem, apresentou resultados compatíveis, o que permitiu a certificação da base de dados.
No período de inverno foi observado, de uma forma geral, uma grande variabilidade das concentrações de particulado inalável e gases. As concentrações de particulado inalável variaram de 20 a 160µg/m³, em médias de 24 horas. O fator meteorológico apresentou-se decisivo na modulação das concentrações de poluentes. Foram identificados freqüentes períodos em que a região apresentou-se sob a ação de sistemas de alta pressão estacionários, que dificultavam a dispersão de poluentes, promovendo o acúmulo destes de um dia para outro. O acúmulo de poluentes ocasionou elevadas concentrações de particulado e gases que superaram o padrão nacional de qualidade do ar (150µg/m³ em médias de 24h) em alguns dias distintos, do período de inverno. Os poluentes só se dispersavam na ocorrência de entradas de frentes frias ou condições meteorológicas favoráveis. As condições favoráveis à dispersão de poluentes estão associadas a condições de instabilidade no perfil termodinâmico atmosférico, à presença de ventos fortes ou processos de turbulência na atmosfera e ainda à ocorrência de precipitação pluviométrica.
Comparando-se os períodos de inverno e verão verifica-se uma redução de concentrações de material particulado inalável (média dos períodos de 77 e 32 µg/m³ respectivamente), devida à diferença entre as condições meteorológicas, que são mais favoráveis à dispersão dos poluentes no período de verão. Por outro lado, no período de verão tem-se um aumento das concentrações de poluentes produzidos fotoquimicamente devido ao aumento da radiação solar. As concentrações de black carbon, no verão, apresentam valores da mesma ordem de grandeza que no período de inverno nos horários de pico do tráfego de veículos, mostrando a importante participação da emissão veicular na emissão de poluentes, mesmo estando a estação de monitoramento do período de verão localizada dentro da Cidade Universitária, um pouco afastada das principais vias de transporte de veículos.
Foram utilizados equipamentos de medidas de concentração de poluentes com alta resolução temporal, o que propiciou a identificação dos ciclos diurnos de alguns compostos. Os ciclos diurnos de compostos primários como: particulado inalável, black
carbon, CO, NOx, SO2, apresentaram perfis semelhantes, modulados basicamente pela variação da Camada limite Atmosférica somada às variações das emissões de poluentes. Os máximos de concentrações foram coincidentes com o pico de tráfego de veículos, em torno das oito horas da manhã e das oito horas da noite. No decorrer da tarde observou-se baixas concentrações de poluentes. Neste período ocorre o máximo da formação da Camada de Mistura, com topo em altitudes acima de 1.000 m, o que favorece a diluição dos poluentes. Durante a noite foram freqüentes as ocorrências de inversões térmicas em altitudes abaixo de 200 m. A formação desta Camada Limite Noturna promoveu concentrações elevadas durante a madrugada, chegando a 200 – 250 µg/m³ durante 5 horas consecutivas por várias vezes.
Os processos de produção secundária do carbono orgânico e do ozônio foram observados. A razão entre black carbon e carbono orgânico apresentou um enriquecimento de carbono orgânico, indicando uma possível produção secundária deste composto no decorrer do dia. O ciclo diurno do O3 apresentou um perfil diferente do obtido para o PM10 e gases CO, NOx e SO2. Os máximos de concentração foram observados em torno das 15 horas, quando se atinge o máximo da temperatura diurna, propiciando a produção fotoquímica deste.
Estas análises mostram que a qualidade do ar durante a manhã, noite e madrugada, é comprometida possuindo altas concentrações de particulado inalável, CO e NOx. Durante a tarde o comprometimento é devido às altas concentrações de compostos produzidos fotoquimicamente, como o ozônio e material particulado orgânico.
As medidas dos compostos carbonáceos (black carbon e carbono orgânico) possibilitaram obter por completo o balanço de massa do particulado fino, que chegaram a valores comparáveis aos de outros centros urbanos. Uma significativa fração do particulado fino de 44% e 35% no inverno e verão respectivamente é constituída por carbono orgânico. Trabalhos na literatura apontam que não são conhecidas todas as formas de carbono orgânico presentes na atmosfera e é desconhecido quão nocivos estes podem ser à saúde da população (Turpin, 1999), o que leva a uma maior atenção da comunidade científica, com relação a este composto, visto que este representa uma significativa parcela da massa do material particulado fino. O black carbon representa, em média 21% e 28%
do MPF nos períodos de inverno e verão. A concentração de black carbon é relevante pois este possui propriedades de absorção da radiação solar produzindo efeitos significativos nos processos radiativos atmosféricos (Martins, 1999a). O total de material carbonáceo representa 65% e 63% do particulado fino e o componente de material inorgânico estimado, representa 32% e 40% do particulado fino no período de inverno e verão respectivamente. Ainda com relação a componente inorgânica do MPF os compostos de sulfatos, estimados a partir do S, apresentaram elevada fração do particulado fino de 20% e 30% no período de inverno e verão respectivamente. Estes compostos, por serem solúveis em água, são potenciais núcleos de condensação de nuvens e também prejudiciais à saúde, podendo atacar as vias respiratórias superiores (Seinfeld, 1986).
A identificação das principais fontes de poluentes na região estudada foi obtida a partir de modelos receptores, utilizando-se técnicas de análise estatísticas multivariadas. A Análise de Componentes Principais e a Análise de Clusters apresentaram resultados extremamente concordantes na identificação de fontes. Isto indicou uma boa consistência da base de dados e levou a confiabilidade nos resultados obtidos, visto que são metodologias de princípios diferentes.
As fontes ou processos de formação de poluentes, identificados para os períodos de inverno e verão, foram os mesmos apesar das amostragens terem ocorrido em locais e períodos diferentes. Isto mostra a homogeneidade das estruturas de fontes de poluentes e a robustez das metodologias utilizadas em diferentes regiões da cidades em diferentes períodos do ano. As principais diferenças observadas são devidas as condições atmosféricas de dispersão de cada período. Comparando com resultados obtidos em outras campanhas na região de São Paulo (Andrade, 1993), obteve-se rigorosamente a mesma fração de contribuição de solo no particulado, mostrando uma boa consistência na identificação deste fator. Os compostos orgânicos e os gases medidos serviram como traçadores de emissão veicular e permitiram identificar na ACPA, a fração do particulado devido à emissão de transportes.
Foram identificados 5 fatores para a fração fina do aerossol. A fonte de emissão veicular explicou 28% e 24% da massa de particulado fino no período de inverno e verão respectivamente. Os traçadores V e Ni identificaram a fonte de queima de óleo combustível em indústrias, representando 18% e 21% da massa do MPF. Traçadores de poeira de solo (Al, Si, Ti, Fe) identificaram a fonte de ressuspensão de solo representando 25% e 30% da massa do MPF. A componente de sulfatos explicou 23% e 17% da massa
do particulado fino no inverno e verão respectivamente. Os sulfatos são formados a partir do SO2 emitido por veículos e principalmente processos industriais. Apesar das baixas concentrações de SO2 medidas na atmosfera, uma fração representativa de sulfatos provenientes da oxidação do SO2, está presente na forma de partículas na fração fina do aerossol. O restante do PM2,5 de 5% e 6% do MPF no inverno e verão, representa as emissões de metais pesados de indústrias de fundição de metais não ferrosos ou ainda de incineradores. Menos de 2% do material particulado fino não foi explicado pelo modelo.
Para a fração de particulado grosso foram identificadas três fontes. O fator majoritário desta fração de tamanhos é a ressuspensão de solo, representando 75% e 78%, do material particulado grosso (MPG) no período de inverno e verão respectivamente. A fonte industrial representa 16% e 14% do MPG, identificada pelos elementos Pb, Zn, V, Ni, Cu, S. Um terceiro fator representa partículas de emissão marinha, identificadas pela assinatura de Cl. O Cl apresenta-se associado a metais pesados como Pb, Zn, Cu, representando 11% e 6% do particulado grosso no inverno e verão respectivamente. A presença do Cl indica a entrada da brisa marinha a SE da cidade (Andrade et al., 1994) e a associação com elementos industriais uma possível contaminação desta massa de ar na região industrial do grande ABC.
No decorrer de toda a análise, foi identificada a significativa influência da circulação de veículos na emissão de particulado e gases na atmosfera de São Paulo. Além da identificação da emissão veicular direta, o tráfego de veículos se mostrou responsável por parte da ressuspensão de poeira de solo, e também pela formação de O3 fotoquimicamente a partir de precursores emitidos pelos veículos (NO2 e hidrocarbonetos).
Obteve-se os perfis elementares das fontes solo, veicular e óleo combustível para a cidade de São Paulo a partir da ACPA. Os perfis relativos fornecem a estrutura de composição elementar em relação a concentração de massa correspondente a cada uma das fontes. A comparação com assinaturas realizadas em outros centros urbanos permitiu verificar a boa concordância entre os resultados e certificar os resultados obtidos pela análise estatística. Estes perfis podem portanto ser utilizados como referencia de assinaturas de fontes, para a cidade de São Paulo.
As campanhas de amostragem realizadas nos dois períodos permitiram uma ampla abordagem da questão da poluição de partículas de aerossol e alguns gases na cidade de São Paulo. Porém, há muitos estudos que devem ser realizados para um significativo avanço no melhor conhecimento da poluição de centros urbanos, para uma melhor
qualidade de vida da população e para um melhor controle dos efeitos dos poluentes nas possíveis alterações climáticas locais ou regionais.
VII.1. Sugestões para Trabalhos Futuros
Como sugestão complementar ao estudo da poluição em um centro urbano seguem alguns tópicos identificados como importantes e necessário. A obtenção dos perfis elementares, a partir de medidas diretas das fontes, de emissão de veículos diesel e gasolina, e de ressuspensão de poeira de solo, da cidade de São Paulo. Como uma nova alternativa à Análise de Componentes Principais, pode-se melhorar ainda mais as análises estatísticas de identificação de fontes em estudos de qualidade do ar, utilizando-se novas metodologias de análise multivariada, como a Positive Matrix Factorization (Paterson et al., 1999). Esta metodologia gera uma matriz de factor loadings com fatores não negativos, o que facilita a interpretação dos resultados.
A utilização de medidas térmicas de carbono, com diferenciações de frações de
black carbon e carbono orgânico (Watson, 1994), pode ser útil na quantificação em
modelos receptores, permitindo a identificação da emissão veicular discriminando a contribuição de veículos diesel e gasolina para a poluição da cidade. Tendo-se mais esta classificação, medidas preventivas mais eficazes poderiam ser tomadas. Um estudo detalhado sobre os compostos orgânicos presentes na atmosfera vem se mostrando cada vez mais relevante, visto a significativa presença deste composto na fração do particulado fino.
A caracterização do perfil vertical das concentrações de material particulado e gases na atmosfera juntamente com monitoramento meteorológico, seriam importantes para a compreensão da dinâmica destes compostos e dos processos de envelhecimento das partículas na atmosfera. Conhecendo-se a variação de composição e tamanho das partículas e suas propriedades higroscópicas ao longo do perfil vertical, pode-se identificar a potencialidade destes compostos na formação de nuvens e na alteração das condições radiativas da atmosfera.
Imagens fornecidas por satélites, fornecem diferentes propriedades da camada da poluentes que cobrem os grandes centros urbanos. Estas informações são essenciais para complementar as análises das propriedades ópticas do aerossol urbano e identificar qual o impacto radiativo destes compostos em uma escala regional.
Outro trabalho complementar importante seria a determinação da eficiência dos processos de transporte de poluentes pelas massas de ar para outras regiões.