Mapa global do dióxido de azoto

Mapa global da poluição do ar produzido pelo sensor SCIAMACHY do Envisat

13 Outubro 2004

Baseado em 18 meses de observações do Envisat, este mapa atmosférico global de alta resolução da poluição de dióxido de azoto evidencia o impacto que as actividades humanas exercem na qualidade do ar.

O satélite da ESA Envisat, que possuidez instrumentos e que é o maior satélite de monitorização ambiental do mundo, foi lançado em Fevereiro de 2002. Um dos instrumentos a bordo do Envisat, o SCIAMACHY (Scanning Imaging Absorption Spectrometer for Atmospheric Chartography - Espectómetro de Absorção de Imagens Digitalizadas para Cartografia Atmosférica), , regista o espectro da intensidade solar através da atmosfera. Estes resultados são posteriormente filtrados para encontar as 'impressões digitais' da absorção espectral dos gases residuais no ar.

O dióxido de azoto (NO2) é principalmente um gás criado pelo Homem; a exposição excessiva a este gás provoca danos nos pulmões e problemas respiratórios. Desempenha também um papel importante na química atmosférica, pois conduz à produção de ozono na troposfera – que é a parte inferior da atmosfera, estendendo-se até entre 8 e 16 quilómetros de altitude.

Níveis de NO2 na Europa - zoom para ampliar

O dióxido de azoto é produzido pelas emissões das centrais eléctricas, pela indústria pesada e pelos transportes rodoviários, bem como pela queima da biomassa. Os relâmpagos também produzem óxidos de azoto de forma natural, à semelhança da actividade microbiana no solo.

Medições in-situ localizadas do dióxido de azoto atmosférico são efectuadas em muitos países industriais ocidentais, mas as fontes de dados terrestres são geralmente escassas no terreno.

O satélite ambiental Envisat da ESA

Os sensores espaciais são a única forma de efectuar uma monitorização global eficaz: a primeira sensibilidade do satélite ao dióxido de azoto da troposfera foi demonstrada com o Instrumento de Monitorização Global do Ozono (GOME) a bordo do satélite ERS-2 da ESA. Contudo, o GOME foi apenas um percursor de pequena escala do SCIAMACHY, financiado por alemães, holandeses e belgas, que viaja a bordo do Envisat.

Embora ambos os instrumentos funcionem da mesma forma, o GOME possui uma resolução espacial limitada de apenas 320 x 40 km, em comparação com os típicos 60 x 30 km do SCIAMACHY, que também observa a atmosfera de duas formas diferentes – para baixo ou na direcção do 'nadir', bem como observações 'limbo' na direcção do voo – e possui um intervalo espectral significativamente maior do que o seu antecessor.

Equipas das Universidades de Bremen e Heidelberg na Alemanha, o Instituto de Aeronomia Espacial da Bélgica (BIRA-IASB) e o Instituto Real de Meteorologia da Holanda (KNMI) processaram com sucesso os dados do SCIAMACHY para produzir os mapas mais exactos até então criados das colunas verticais do dióxido de azoto da troposfera.

"A resolução espacial mais elevada fornecida pelo SCIAMACHY significa que estas imagens globais podem ser observadas com muito pormenor, podendo distinguir mesmo fontes de emissão urbanas individuais" comentou Steffen Beirle da Universidade do Instituto de Física Ambiental de Heidelberg, responsável pelo mapa apresentado acima.

SCIAMACHY will detect many different trace gases
O SCHIAMACHY detecta muitos gases residuais diferentes

"As distribuições elevadas da coluna vertical do dióxido de azoto estão associadas às principais cidades da América do Norte e da Europa, bem como a outros locais, como a Cidade do México na América Central e as centrais eléctricas alimentadas a carvão da África do Sul, localizadas na região leste do planalto Highveld.

"Posteriormente, foi detectada uma concentração muito grande na região norte da China oriental. Também ao longo de toda a região sudeste da Ásia e na maior parte de África se pode observar dióxido de azoto produzido pela queima da biomassa. Os rastos dos navios são visíveis em alguns locais: repare-se no Mar Vermelho e no Oceano Índico entre a extremidade sul da Índia e a Indonésia. Os rastos de fumo dos navios que atravessam estas rotas enviam uma quantidade elevada de NO2 para a troposfera.

O DOAS permite a detecção de gases residuais com 'assinaturas' muito ténues

Este mapa é uma média de todos os dados disponíveis, com um alcance de 18 meses. Isto provoca a redução das variações sazonais na queima da biomassa e também os efeitos resultantes das alterações das actividades humanas conforme a época do ano."

Tal como o GOME, o SCIAMACHY trabalha observando a difusão na atmosfera dos raios ultravioletas e da radiação visível e de infravermelhos. O trabalho mais difícil é em terra, onde os investigadores tentam recuperar padrões de absorção de gás muito ténues dentro do espectro global da luz retrodifundida, um feito comparável à descoberta de uma agulha num palheiro.

Global Pollution Diagram
Comparação da resolução espacial do GOME e do SCIAMACHY

O método utilizado denomina-se Espectroscopia de Absorção Óptica Diferencial (DOAS), que é basicamente um processo de filtragem complexo também usado nos instrumentos terrestres de recolha de amostras de ar. A DOAS remove o 'ruído' espectral predominante da difusão Rayleigh de luz das partículas de ar (o mesmo fenómeno que faz com que o céu pareça azul) juntamente com os padrões de absorção de oxigénio, azoto e moléculas de ar que compõem a maior parte da atmosfera.

Deixado para trás depois destas subtracções está o desejado 'sinal' dos padrões de absorção espectral dos gases residuais mais estreitos, a identificar contra secções transversais de amostras. Aplicada aos resultados do SCIAMACHY, esta técnica é suficientemente sensível para recuperar colunas mais baixas do que algumas partes de dióxido de azoto por biliões de partes de ar. Para dar uma ideia da escala, por cima de conurbações altamente poluídas, como Londres, os níveis de mistura de NO2 podem atingir valores tão altos como cem partes por bilião.

Os mapas de dióxido de azoto, como o aqui apresentado, foram produzidos utilizando dados sonoros do nadir: enquanto que o NO2 varia muito na troposfera, encontra-se uniformemente espalhado ao longo da atmosfera superior, a estratosfera. Assim, os níveis de dióxido de azoto medidos acima das regiões mais remotas do Pacífico foram usados para determinar uma coluna geral do dióxido de azoto estratosférico, que pode ser subtraído dos dados globais para determinar os valores da coluna vertical troposférica.

"Os resultados deste e de outros sensores semelhantes podem ser utilizados no futuro para prever a meteorização química e a qualidade do ar," acrescentou Beirle. "Por agora, estamos concentrados na utilização dos resultados do SCIAMACHY para quantificar as contribuições das diferentes fontes de óxidos de azoto – tais como a combustão de combustíveis fósseis, queima da biomassa, relâmpagos – principalmente porque o valor deste último é ainda muito incerto."

Acerca do SCIAMACHY

Sciamachy Optical Assembly
Grupo óptico do SCIAMACHY

O SCIAMACHY é um espectómetro que faz o mapeamento do ar de uma gama do comprimento de onda muito vasta, o que permite a detecção de gases residuais, ozono e gases relacionados, nuvens e partículas de poeira na atmosfera. Funciona medindo a luz solar transmitida, reflectida e difundida pela atmosfera ou superfície terrestre na região do comprimento de onda ultravioleta, visível e de infravermelhos. Com uma faixa de captação de 960 km, abrange o mundo inteiro em cada seis dias.

Este versátil instrumento representa uma contribuição nacional para a missão Envisat da ESA. Foi financiado pelo governo alemão através do Centro Aeroespacial Alemão (DLR), pelo governo holandês através da Agência Holandesa para os Programas Aeroespaciais (NIVR) e também pelo governo belga através do BIRA-IASB.

John Burrows, do Instituto de Física Ambiental da Universidade de Bremen, foi o primeiro a idealizar o projecto para o SCIAMACHY e é actualmente o seu investigador principal. O SCIAMACHY integra a família de espectómetros atmosféricos que inclui também o GOME do ERS-2 e o futuro instrumento GOME-2, que irá ser lançado no próximo ano com a primeira missão MetOp.

Copyright 2000 - 2014 © European Space Agency. All rights reserved.