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Tipo do documento: Tese
Título: Aerossóis atmosféricos na Amazônia: composição orgânica e inorgânica em regiões com diferentes usos do solo.
Autor: Arana, Andréa Araújo 
Primeiro orientador: Netto, Paulo Eduardo Artaxo
Resumo: Este trabalho mostrou a complexidade da composição orgânica e inorgânica do aerossol da Amazônia e sua interação com processos biogênicos da floresta. Investigamos as fontes e processos que regulam as componentes orgânica e inorgânica dos aerossóis atmosféricos na Amazônia, a partir de medidas contínuas e de longo prazo em duas regiões: uma área perturbada por mudanças no uso do solo, Porto Velho/RO e uma área com floresta tropical não perturbada, Rebio Cuieiras/AM. Pela primeira vez, a concentração elementar do aerossol da Amazônia foi determinada utilizando a técnica de fluorescência de raios X por dispersão de energia – EDXRF. Foi realizado um trabalho de calibração e otimização do instrumento de EDXRF Epsilon 5, da PANalytical, que envolveu a produção própria de padrões de calibração para o elemento P, além da utilização de padrões comerciais da MicroMatter. Um novo procedimento foi desenvolvido para calcular os limites de detecção para cada elemento utilizando o ruído de fundo em medidas amostradas com método alternativo de regressão não linear. Os resultados da comparação entre as concentrações medidas pelos sistemas PIXE e EDXRF se mostraram estatisticamente significantes para a maioria dos elementos, assim como a comparação com a CETESB e Universidade de Antuérpia, Bélgica, indicando que a preparação dos padrões e o procedimento de calibração desenvolvidos neste trabalho foram apropriados. A comparação entre as medidas do LFA EDXRF e Cromatografia Iônica da PUC-Rio foi utilizada para a derivação das correções de autoabsorção de partículas para elementos leves. Sobre os ciclos sazonais e interanuais das concentrações em massa do aerossol na região Amazônica, na Rebio Cuieiras, a concentração média de PM 10 foi muito pequena, 9,5 ± 4,7 μg m -3 durante a estação chuvosa e 13,4 ± 4,9 μg m -3 na estação seca. O EBC (black carbon equivalente) apresentou uma forte sazonalidade, com elevadas concentrações na fração fina de 0,57 ± 0,38 μg m -3 (seca) e de 0,05 ± 0,02 μg m -3 (chuvosa). Em Porto Velho, o PM 10 foi de 8,8 ± 4,2 μg m -3 (chuvosa) e 45 ± 42 μg m -3 (seca), podendo chegar a 200 μg m -3 , como na estação seca de 2010. A presença de EBC chegou a valores de 3,6 ± 3,6 μg m -3 . Na estação chuvosa a concentração média foi 0,5 ± 0,4 μg m -3 . Mesmo na ausência das queimadas em larga escala, as mudanças no uso do solo e a polução local interferem nas concentrações do aerossol em regiões impactadas antropicamente na Amazônia, como observado na literatura. Para medidas do aerossol carbonáceo, o protocolo escolhido foi o EUSAAR_2, por ser mais indicado ao estudo de aerossóis remotos. A intercomparação com o instrumento da Universidade de Ghent, Bélgica, conclui que nosso processo de calibração externo com sacarose, determinação do transit time e o processamento dos dados estão corretos. A concentração média de OC (carbono orgânico) na Rebio Cuieiras foi de 6,3 ± 3,1 μg m -3 (seca) e 1,8 ± 0,7 μg m -3 (chuvosa), para EC (carbono elementar) foi de 0,6 ± 0,3 μg m -3 (seca) e 0,18 ± 0,08 μg m -3 (chuvosa). De maneira geral, os resultados demonstram que esta é uma área ainda sob condições preservadas, porém com algum impacto de transporte a longa distância de emissões de queimadas durante a estação seca. Em Porto Velho, a concentração média de OC foi de 12 ± 5 μ g m -3 (seca) e 5,0 ± 0,5 μ g m -3 (chuvosa), e EC foi de 0,9 ± 0,5 μg m -3 (seca) e de 0,5 ± 0,3 μg m -3 (chuvosa). Analisou-se a questão da presença de absorção de radiação anômala por brown carbon, mas não foi possível quantificar a sua presença no aerossol atmosférico da região amazônica, em parte devido às incertezas inerentes nas medidas. Avaliou-se o aumento da concentração atmosférica média durante a estação seca para cada nível de volatilidade do carbono e os resultados mostraram um aumento maior das componentes OC2, OC3, EC2 e EC3 (volatilidade medida) na Rebio Cuieiras enquanto em Porto Velho a estação de queimadas trouxe um aumento das componentes OC1 e EC1, caracterizando queima de biomassa fresca, pela sua baixa volatilidade. Por meio da PMF (fatorização de matriz positiva) e APFA (análise de fatores principais absoluta) foram identificadas as fontes do material particulado. A diferença deste estudo está no fato de que o carbono orgânico e carbono elementar (e não apenas a composição química elementar) foram incluídos. O modelo PMF não atendeu às expectativas de ser um modelo de fácil utilização e robusto, ao contrário do APFA. Na Rebio Cuieiras foram identificados três fatores: fator (1) emissão de queimadas, com os elementos traçadores S, K, Br associados ao PM10, EBC, OC e EC; fator (2) poeira do solo proveniente do deserto do Saara, devido aos elementos traçadores, Al, Si, Ca, Ti, Fe e fator (3) indicou uma mistura de aerossol biogênico, elementos P, e sal marinho, elemento Cl. Em Porto Velho, o fator (1) com a emissão de solo associado ao EC, o fator (2) traçadores característicos de queimada, e o fator (3) emissão biogênica.
Abstract: This work showed the complexity of the organic and inorganic composition of aerosol from Amazônia e its interactions with biogenic processes in the forest. We investigated the sources and processes that regulate the organic and inorganic components of aerosol particles from Amazônia based on long term continuous measurements in two regions: one perturbed by land use change, in Porto Velho/RO, and one of pristine tropical rainforest, Rebio Cuieiras/AM. For the first time, the elemental concentration of the aerosol from Amazônia was obtained using energy dispersive x-ray fluorescence – EDRF. A careful calibration and optimization of the EDXRF Epsilon 5, PANalytical, was performed. This task involved the production of calibration standards for element P, besides the use of commercially available standards from MicroMatter. A new methodology was developed to calculate the detection limit for each element based on a non-linear fit of the standard deviation for different masses, and was compared to the usual method using the background noise in blank filter measurements. Both methods gave similar detection limits, with higher values around 45 ng cm -2 (Na, Mg e Cd), most values below 10 ng cm -2 , and some very low values as 3 ng cm -2 (P, S, Cl, K, Ca, Cr, Fe e Cu). A detailed and extensive comparison with other EDXRF spectrometers, one from Antwerp University and another from CETESB, and other analytical methods, PIXE and Ion Chromatography, was performed. The comparison between PIXE and EDXRF showed statistically significant regressions for most elements, as well as the comparison with the other EDXRF, thus indicating that the calibration and fine-tuning of the LFA EDXRF were appropriate. The comparison with the Ion Chromatography from PUC-Rio was used to quantify the particle self-attenuation corrections necessary for light elements. About the seasonal variation of aerosol mass concentration at Rebio Cuieiras, the average concentration was very low, 9.5 ± 4.7 μg m -3 (wet season) and 13.4 ± 4.9 μg m -3 (dry season), with a very clear seasonal cycle. The equivalent BC showed a stronger seasonality with high concentrations in the fine mode, 0.57 ± 0.38 μg m -3 , during the dry season, and very low, 0.05 ± 0.02 μg m -3 , during the wet season. In Porto Velho, average PM10 was 8.8 ± 4.2 μg m -3 (wet) and 45 ± 42 μg m -3 (dry), but with mean values reaching as high as 200 μg m -3 as during the dry season of 2010, when EBC reached values of 3.6 ± 3.6 μg m -3 . During the wet season, the EBC average concentration was 0.5 ± 0.4 μg m -3 . That means that, even in the absence of large scale biomass burning, land use change and local pollution interfere on the concentration of aerosol in anthropogenic impacted Amazon regions, as observed by Artaxo et al. (2013). For measuring the carbonaceous aerosols, the EUSAAR_2 was chosen after an comparison exercise. For validating the measurements, a comparison with the University of Ghent, Belgium, was performed and showed that our calibration with sucrose, the determination of the transit time and the data processing is correct. The average concentration of OC at Rebio Cuieiras was 6.3 ± 3.1 μ g m -3 (dry) e 1.8 ± 0.7 μ g m -3 (wet), and for EC it was 0.6 ± 0.3 μg m -3 (dry) and 0.18 ± 0.08 μg m -3 (wet). In general, our results indicate that this area is still pristine but with some impact of long range biomass burning transport during the dry season. At Porto Velho, the average OC concentration was 12 ± 5 μg m -3 (dry) and 5.0 ± 0.5 μg m -3 (wet), and for EC was 0.9 ± 0.5 μg m -3 (dry) e de 0.5 ± 0.3 μg m -3 (wet). The presence of anomalous brown carbon absorption was analyzed but it was not possible to quantify its presence in the atmospheric aerosol in the Amazon region. The increase in mean atmospheric concentrations of OC and EC from the wet to the dry season was studied for each volatility level. Results showed a higher increase of the OC2, OC3, EC2 and EC3 (intermediate volatility) at Rebio Cuieiras, while at Porto Velho there was a higher increase of OC1 and EC1, as it is more subject to fresh biomass burning. Using positive matrix factorization and absolute principal factor analysis, a source apportionment of particulate matter was performed. The novelty in this study was the inclusion of the organic and inorganic components (and not only the elemental composition). The PMF analysis did not show self-consistent results and, indeed, there is a scientific debate nowadays on the source apportionment tools by the European Comission / Joint Research Centre.
Palavras-chave: Aerossol atmosférico
Amosfera- Amazônia
Análise estatística multivariada
Idioma: por
País: Brasil
Instituição: Instituto Nacional de Pesquisas da Amazônia
Sigla da instituição: INPA
Departamento: Coordenação de Pós Graduação (COPG)
Programa: Clima e Ambiente (CLIAMB)
Citação: Arana, Andréa Araújo. Aerossóis atmosféricos na Amazônia: composição orgânica e inorgânica em regiões com diferentes usos do solo.. 2014. 153 f. Tese( Clima e Ambiente (CLIAMB)) - Instituto Nacional de Pesquisas da Amazônia, Manaus, 2014 .
Tipo de acesso: Acesso Aberto
Endereço da licença: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
URI: http://bdtd.inpa.gov.br/handle/tede/2258
Data de defesa: 1-Mai-2014
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