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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE
CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA
DEPARTAMENTO DE CIÊNCIAS ATMOSFÉRICAS E CLIMÁTICAS
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIAS CLIMÁTICAS
INFLUÊNCIA DAS CONDIÇÕES METEOROLÓGICAS NA CONCENTRAÇÃO DE
RADÔNIO EM ÁREA DE CAATINGA E MATA ATLÂNTICA DUNAR
VANESSA DE ALMEIDA DANTAS
NATAL - RN
Agosto / 2016
ii
INFLUÊNCIA DAS CONDIÇÕES METEOROLÓGICAS NA CONCENTRAÇÃO DE
RADÔNIO EM ÁREA DE CAATINGA E MATA ATLÂNTICA DUNAR
VANESSA DE ALMEIDA DANTAS
Tese de Doutorado apresentada ao Programa de Pós-
Graduação em Ciências Climáticas, do Centro de
Ciências Exatas e da Terra da Universidade Federal do
Rio Grande do Norte, como parte dos requisitos para
obtenção do título de Doutor em Ciências Climáticas.
Orientador: Prof. Dr. Thomas Ferreira da Costa Campos
Co-orientadores: Prof. Dr. Cláudio Moisés Santos e Silva
Profª Drª: Judith Johanna Hoelzemann
COMISSÃO EXAMINADORA
Prof. Dr. Enio Bueno Pereira (Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais - CCST)
Prof. Drª. Samira de Azevedo Santos (Centro de Tecnologias do Gás e Energias Renováveis -
CTGAS-ER)
Prof. Dr. Bergson Guedes Bezerra (Universidade Federal do Rio Grande do Norte - DCAC)
Prof. Dr. José Henrique Fernandez (Universidade Federal do Rio Grande do Norte - DCAC)
NATAL RN
Agosto / 2016
iii
DEUS,
Dedico
A minha família, em especial á minha Mãe Ely-Ana Almeida e minha avó Oscarina Dias (in
memoriam), meu filho Benjamim e meu Irmão Francisco Almeida Neto.
Ofereço
iv
AGRADECIMENTOS
Primeiramente a Deus, que por sua presença, luz e força sempre me abençoa e capacita
para tudo o que ele me destina.
À Universidade Federal do Rio Grande do Norte e ao Departamento de Ciências
Atmosféricas e Climáticas pela oportunidade de realizar o curso de Pós-Graduação em
Ciências Climáticas.
Agradeço aos professores do PPGCC pelos ensinamentos durante as disciplinas.
Ao Prof. Dr. Cláudio Moisés pelos grandes ensinamentos, orientação, paciência e
amizade até o final da realização deste trabalho.
Aos professores Prof. Dr. Thomas Campos pelo aprendizado nessa nova área e a Prof.ª
Drª. Judith Hoelzemann pelos ensinamentos e pela orientação de suma importância para a
elaboração deste estudo.
À minha tia-mãe, Maria José, á minha madrinha Ely Telma Nina não só pela ajuda
moral, mas também financeira para que o término desse curso pudesse ocorrer.
A meu irmão Francisco Neto um dos maiores incentivadores e crentes na minha
capacidade acadêmica, meus tios e primos, em especial ao Rodrigo Almeida, pela torcida na
formação deste curso.
A minha irmã-cumadre Rhayanna Almeida e afilhada Victória Almeida, pelo amor,
carinho, compreensão e por me acolher nas horas difíceis de minha vida.
Ao meu companheiro de tantos anos, Glayson Chagas que me apoiou em todos os
momentos deste trabalho. A Família Chagas como um todo, Seu Isaias, Dona Fátima, Cléo,
Simone, Jhéssyca e Júnior que me adotaram ao longo desses anos com muito amor e carinho.
A minha grande amiga, Ana Carla Gomes e sua mãe Ana Lúcia que me acolheram
quando de minha chegada em Natal, ainda grávida de 6 meses e me deram abrigo, muito
carinho e incentivo.
Aos meus amigos do PPGCC, Ana Cleide Amorim, Dani, Aline, Priscilla, Micejane,
Alan e Thalyta, colegas Físicos, Meteoros, Estatísticos, Geólogos, pelas sugestões durante
todo o curso de Doutorado e pelas horas de lazer e carinho.
A todos os meus amigos e aqueles que direta ou indiretamente contribuíram para o
término desta etapa em minha vida, muito obrigada!
v
RESUMO
O Radônio (Rn-222) é um gás nobre-radiativo, incolor, inodoro, insípido, denso (9,73
kg/m3) e altamente solúvel na água (solubilidade de 1,67x10
-4 a 25ºC e 1Atm) que, com
exceção do Dióxido de Carbono, é o gás com maior solubilidade na Atmosfera. Neste estudo
foram analisadas a variação e correlação das variáveis meteorológicas com as emanações de
Radônio e íons atmosféricos em um ambiente de floresta equatorial e Caatinga do estado do
Rio Grande do Norte, Brasil. Especificamente em biomas do Nordeste do Brasil (NEB) pouco
se sabe sobre o comportamento Rn-222, no que diz respeito à distribuição nos diferentes
níveis da baixa troposfera, a exemplo da Mata Atlântica Dunar e Caatinga. Assim, o objetivo
foi de investigar a relação entre variáveis meteorológicas, as concentrações atmosféricas de
Rn-222 e íons atmosféricos para o período caracterizado como seco e chuvoso, no município
de Apodí-RN e Parnamirim-RN no período seco, inseridos no bioma de Caatinga e Mata
Atlântica Dunar Nordestina que abrange cerca de 800.000 Km2 e 19.427 km²,
respectivamente. As medidas foram realizadas a 1,5 m do solo. Coletaram-se dados de
temperatura do ar, umidade relativa, velocidade e direção do vento e pressão atmosférica bem
como concentrações de Rn-222 e de íons atmosféricos. Os resultados mostraram um padrão
bimodal no comportamento diário da concentração de Rn-222, nas primeiras horas da manhã
observado em todos os dias. Comportamento semelhante foi observado para a concentração
de íons entre 04:00 e 05:00 HL (Horário Local) em Parnamirim. Em Apodí, o ciclo diário da
concentração de Rn-222 mostrou um padrão semelhante ao de Parnamirim, com um máximo
principal de 29,38 Bq/m3 e 24,00 Bq/m
3 durante a estação seca e chuvosa, respectivamente,
em torno de 17:00 HL e um máximo secundário às 15:00 HL com 27,37 Bq/m3 (estação seca)
e 19,00 Bq/m3 (estação chuvosa). Estes ciclos são consistentes com situações de uma
atmosfera estaticamente neutra devido à transição de períodos de estável para regimes
instáveis (primeiro pico) e instáveis para estável (segundo pico) de acordo com o número de
Richardson Bulk também observado neste estudo. Através do modelo de regressão linear
múltipla via análise de componentes principais as variáveis meteorológicas que se mostraram
mais correlacionadas com a concentração de Rn-222, com explicação de 88% foram a
umidade relativa, velocidade do vento e a radiação solar global.
Palavras–chave: Radônio, Íons atmosféricos, Número de Richardson.
vi
INFLUENCE OF WEATHER CONDITIONS IN RADON CONCENTRATION
IN CAATINGA AREA AND ATLANTIC DUNE
ABSTRACT
The Radon (Rn-222) is a radioactive noble-gas, colorless, odorless, tasteless, dense
(9.73 kg / m3) and highly soluble in water (solubility 1,67x10
-4 25 ° C and 1 atm) that, except
for carbon dioxide is the gas with greater solubility in the atmosphere. This study analyzed the
variation and correlation of meteorological variables with the emanations of Radon and
atmospheric ions in a rainforest environment and Caatinga in the state of Rio Grande do
Norte, Brazil. Specifically, in Northeast biomes of Brazil (NEB) little is known about the Rn-
222 behavior in relation to the distribution in the different levels of the lower troposphere,
such as the Atlantic Forest Dune and Caatinga. The objective was to investigate the
relationship between meteorological variables, atmospheric concentrations of Rn-222 and
atmospheric ions to the period characterized as dry and rainy in the municipality of Apodi-RN
and Parnamirim-RN in the dry season, entered in the biome Caatinga and Northeast Atlantic
Forest Dune which covers about 800,000 km2
and 19,427 square kilometers respectively. The
measurements were taken at 1.5 m above the ground. Collected from the air temperature data,
relative humidity, wind speed and direction, atmospheric pressure and Rn-222 and
atmospheric ion concentrations. The results showed bimodal pattern in the daily behavior of
the concentration of Rn-222, in the early morning hours observed in every day. Similar
behavior was observed for the concentration of ions between 04:00 and 05:00 HL (Local
Time) in Parnamirim. In Apodi, the daily cycle of concentration of Rn-222 showed a pattern
similar to Parnamirim, with a maximum principal of 29.38 Bq / m3 and 24.00 Bq / m
3 during
the dry and rainy seasons, respectively, around 17:00 HL and a secondary maximum at 15:00
HL with 27.37 Bq / m3 (dry season) and 19.00 Bq / m
3 (rainy season). These cycles are
consistent with conditions of a statically neutral atmosphere due to the periods of transition
from stable to unstable regimes (first peak) and unstable stable (second peak) according to the
Richardson number Bulk also observed in this study. Through multiple linear regression
model via principal component analysis the meteorological variables that were more
correlated with the concentration of Rn-222, with 88% explanation were the relative
humidity, wind speed and solar radiation.
Key-words: Radon, atmospheric ions, Richardson Number
7
SUMÁRIO
LISTA DE FIGURAS ............................................................................................................... 9
LISTA DE TABELAS ............................................................................................................ 12
LISTA DE EQUAÇÕES ........................................................................................................ 13
LISTA DE SIGLAS ................................................................................................................ 14
1.INTRODUÇÃO ................................................................................................................... 15
2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ..................................................................................... 19
2.1. Cálculos das doses de radiação absorvida ................................................................. 23
2.2. Características do gás Radônio .................................................................................. 24
2.2.1.Efeitos do gás Radônio na saúde..............................................................................27
2.2.2.O Radônio e as trocas na interface solo-vegetação-atmosfera.................................27
2.2.3.Íons atmosféricos......................................................................................................33
3.MATERIAL E MÉTODOS ................................................................................................ 36
3.1. Características do sítio de Apodí ............................................................................... 37
3.2 - Caracterizações do sítio de Parnamirim ....................................................................... 40
3.3 - Descrições dos experimentos de campo ....................................................................... 44
3.4 - Medições do gás Rn-222 .............................................................................................. 45
3.5 - Medições de aglomerados iônicos ........................................................................... 46
3.6 - Medidas das variáveis meteorológicas ......................................................................... 47
3.7 - Análises da estabilidade estática da baixa troposfera ................................................... 48
3.8 - Análises Estatísticas ..................................................................................................... 51
4.RESULTADOS E DISCUSSÃO ........................................................................................ 54
4.1 - Apodí (Período Seco e Chuvoso) ............................................................................... 54
4.1.2 - Ciclo diurno............................................................................................................57
4.1.3 - Medições de Radiação Gama e de Radônio em Apodí-RN...................................60
4.1.4 - Medições de Radônio e Íons atmosféricos.............................................................71
8
4.1.5 - Modelo de Regressão Múltipla...............................................................................73
4.2. Parnamirim-RN (Seco)............................................................................................74
4.2.1. Ciclo diurno............................................................................................................78
4.2.2. Medições de Radiação Gama e de Radônio em Parnamirim-RN ................................... 87
4.2.3 - Análise entre Biomas durante o período seco (Apodí x Parnamirim)....................82
4.2.4 - Análise de regressão linear múltipla.......................................................................86
5. CONCLUSÃO E PERSPECTIVAS.................................................................................88
6. REFERÊNCIAS..................................................................................................................90
9
LISTA DE FIGURAS
Figura 01 Figura 01 - Distribuição para a dose média anual de radiação
absorvida pelo ser humano e sua distribuição em relação às fontes
de radiação. (Adaptado de UNSCEAR, 2000).
17
Figura 02 Séries radioativas de decaimento do Urânio-238 e Tório-232 até
chegar ao Chumbo, com suas respectivas emissões alfa (α) e beta
(β).
20
Figura 03 Diagrama de Bretherton sobre os Sistemas Terrestres e suas
interações, que envolvem o sistema físico climático, os ciclos
geobioquímicos, as forças externas e os efeitos antrópicos.
31
Figura 04 Desenho esquemático da distribuição dos aerossóis
radioactivos associados à desintregração do gás Radônio (Yamada
et al, 2000).
32
Figura 05 Microrregiões do Rio grande do Norte. 36
Figura 06 Mapa de localização das duas áreas estudadas. 37
Figura 07 (A) Entrada da base em Apodí-RN, (B) Bioma no Período Seco e
(C) Bioma no Período Chuvoso. 38
Figura 08 Estrutura que abriga os instrumentos, montada no bioma Caatinga.
39
Figura 09 Parte da área escolhida para a coleta de dados em Parnamirim-RN. 41
Figura 10 Estrutura montada no bioma de Mata Atlântica Dunar- Parnamirim-
RN.
41
Figura 11 Mapa geológico do estado do Rio Grande do Norte.
43
Figura 12 AlphaGuard disposto na estrutura montada em Apodí-RN.
45
10
Figura 13 Esquema da câmara de ionização AlphaGuard. 46
Figura 14 Contador de íons da AlphaLab (A) em Apodí-RN e (B) Parnamirim
- RN.
47
Figura 15 Instalação da Estação Vantage PRO 2. 47
Figura 16 Distribuição das variáveis meteorológicas no período seco em
Apodí-RN: (a) Temperatura do ar (ºC), (b) Umidade relativa (%),
(c) velocidade do vento (m/s), (d) Radiação solar global (W/m2).
56
Figura 17 Distribuição das variáveis meteorológicas no período chuvoso em
Apodí-RN: (a) Temperatura do ar (º C), (b) Umidade relativa (%),
(c) velocidade do vento (m/s), (d) Radiação solar global (W/m2).
57
Figura 18 Comportamento diurno das variáveis meteorológicas no período
seco e chuvoso em Apodí-RN. (a) temperatura do ar, (b) umidade
relativa, (c) velocidade do vento e (d) radiação solar global.
59
Figura 19 Mapas da Distribuição Espacial de U (ppm), K (ppm), Th (ppm) e
Dose (nGy/h) emitida, na área estudada.
60 e
61
Figura 20 Comportamento diurno de Rn-222 observado na Caatinga, durante
o período seco e chuvoso em Apodí-RN.
62
Figura 21 Comportamento diurno observado na Caatinga no período seco (a)
e chuvoso (b) em Apodí-Rn, linhas pretas concentração de Rn-222
(Bqm-3) e linhas cinzas velocidade do vento (m/s).
64
Figura 22 Comportamento diurno observado na Caatinga no período seco (a),
com o Acréscimo de Buyoancy no numerador e Shear no
denominador e chuvoso (b), com Acréscimo de Buyoancy no
numerador e Shear no denominador em Apodí-RN, linhas cinzas
concentração de Rn-222 (Bq/m3) e linhas pretas Número de
Richardson Bulk (RiB), Acréscimo de Buyoancy e Shear
respectivamente.
66 e
67
Figura 23 Comportamento diurno observado na Caatinga para o número de
Richardson Bulk (RiB) padronizado, durante o período seco e
69
11
chuvoso, respectivamente em Apodí-RN.
Figura 24 Frequência (%) total da classificação da atmosfera em Apodí-RN, a
partir do número de Richardson Bulk para ambos os períodos.
70
Figura 25 Concentração de Rn-222 (Bqm-3) e íons atmosféricos total
(Íons/cm3) no período seco (a) e chuvoso (b) em Apodí-RN.
72
Figura 26 Distribuição das variáveis meteorológicas durante o período seco,
em Parnamirim-RN. a) Temperatura do ar (ºC), b) Umidade relativa
(%), c) Velocidade do vento (m/s2) e d) Radiação solar global
(W/m2).
76 e
77
Figura 27 Comportamento diurno da velocidade do vento (m/s), temperatura
do ar e umidade relativa (%) em Parnamirim-RN.
78
Figura 28 Mapas da Distribuição Espacial de U (ppm), K (ppm), Th (ppm) e
Dose (nGy/h) emitida, na área estudada.
79 e
80
Figura 29 Comportamento diurno de Rn-222 e íons atmosféricos observado
na mata atlântica Dunar, durante o período seco em Parnamirim-
RN.
81
Figura 30 Comportamento da concentração de Rn-222 (Bq/m2) observado na
Caatinga e Mata atlântica Dunar, durante o período seco em Apodí-
RN e Parnamirim-RN, respectivamente.
82
Figura 31 Comportamento da Concentração de íons atmosféricos (*íons/m3)
(a) positivos e (b) negativos durante o período seco em Apodí-RN.
84
Figura 32 Comportamento da Concentração de íons atmosféricos (*íons/m3)
(a) positivos e (b) negativos durante o período seco em Parnamirim-
RN.
85
Figura 33 Análise dos resíduos das concentrações de Rn-222 com as variáveis
meteorolgoicas para o período seco em Parnamirim-RN.
87
12
LISTA DE TABELAS
Tabela 01 Série Natural do Urânio e tempo de meia- vida de seus
componentes – Dados do National Nuclear Data Center (NNDC,
2011).
21
Tabela 02 Série Natural do Tório e tempo de meia- vida de seus componentes
– Dados do National Nuclear Data Center (NNDC, 2011).
22
Tabela 03 Série Natural do Actínio e tempo de meia- vida de seus
componentes – Dados do National Nuclear Data Center (NNDC,
2011).
22
Tabela 04 Identificação da dose equivalente de radiações a partir do fator de
qualidade (adaptada de Cember, 1983).
23
Tabela 05 Instrumentos utilizados e variáveis medidas durante o período de
estudo.
48
Tabela 06 Estatísticas descritivas para as variáveis meteorológicas, na
Caatinga, em Apodí-RN, nos dois períodos estudados.
54
Tabela 07 Estatística descritiva para o Rn-222 na Caatinga, em Apodí-RN,
nos dois períodos estudados.
63
Tabela 08 Estatística descritiva para o Número de Richardson Bulk, nos dois
períodos estudados.
68
Tabela 09 Análise de regressão múltipla para as concentrações de Rn-222,
observadas na Caatinga, no período seco em Apodí-RN.
73
Tabela 10 Análise de regressão múltipla para as concentrações de Rn-222,
observadas na Caatinga, no período chuvoso em Apodí-Rn.
74
Tabela 11 Estatística descritiva para o Rn-222 e variáveis meteorológicas, na
Mata Atlântica Dunar em Parnamirim-RN, no período estudado.
75
Tabela 12 Análise de regressão múltipla para as concentrações de Rn-222,
observadas na mata atlântica, no período seco em Parnamirim-RN.
86
13
LISTA DE EQUAÇÕES
Equação 01 Cálculo da Dose Equivalente 24
Equação 02 Número de Richardson Gradiente (Rg). 49
Equação 03 Número de Richardson de Bulk (RiB). 50
Equação 04 Temperatura Potencial Virtual. 50
Equação 05 Temperatura Virtual. 50
Equação 06 Razão de Mistura. 50
Equação 07 Pressão de saturação de vapor. 50
Equação 08 Componente Zonal do vento. 50
Equação 09 Componente Meridional do vento. 51
Equação 10 Definição matemática do Modelo de
Regressão Múltipla.
52
Equação 11 Critério de Informação de Akaike (AIC) 53
Equação 12 Previsão da quantidade da concentração
de Rn-222 em Parnamirim-Rn
86
14
LISTA DE SIGLAS
CNEN - Comissão Nacional de Energia Nuclear
EEDC - Equilibrium-Equivalent Decay-Product Concentration
EMPARN – A Empresa de Pesquisa Agropecuária do Rio Grande do Norte
EPA – Environmental Protection Agency
ICRP – International Commission on Radiological Protection
IDEMA – Instituto de Desenvolvimento Sustentável e Meio Ambiente
NCRP – National Council on Radiation Protection and Measurements
NNDC – National Nuclear Data Center
OLR - Outgoing Longwave Radiation
UNSCEAR - United Nations Scientific Committee on the Effects of Atomic Radiation
15
1. INTRODUÇÃO
O Radônio é um gás nobre radioativo, incolor, inodoro e insípido, com densidade de
9,73Kg/m3, isto é 7,58 vezes mais denso que o ar e mais de 100 vezes mais denso que o
Hidrogênio natural, descendente do Rádio, que é um membro das séries de decaimento
radioativo do Urânio e Tório. O Radônio está presente em praticamente todos os lugares do
planeta Terra, e por ser um gás, possui a propriedade de se acumular em ambientes fechados
como habitações, construções, cavernas, minas e túneis. O isótopo Rn-222 é um emissor alfa,
com tempo de meia-vida de 3,82 dias e, juntamente com seus descendentes não gasosos Po-
218 e Po-214, é responsável por cerca de 50% da dose efetiva equivalente produzida pela
radiação ionizante natural (EPA: Environmental Protection Agency,2012). Existem ainda
outros isótopos de Radônio, nomeadamente, o Rn-219 e o Rn-220, resultantes da série de
decaimento do U-235 e Th-232, respectivamente. Eles possuem um tempo de meia-vida
muito curto quando comparado ao Rn-222, sendo o do Rn-219 de 3,96 segundos e o do Rn-
220 de 55,6 segundos (CHYI, 2008).
A população mundial é constantemente submetida à doses de radiações ionizantes,
cujas fontes naturais são: os raios cósmicos, originados no espaço e as radiações emitidas por
radionuclídeos, naturalmente encontradas na Terra. O primeiro se origina quando partículas
de alta energia, produzidas em explosões fora da Terra, interagem com constituintes
atmosféricos, dando origem aos radionuclídeos cosmogônicos. A exposição de uma pessoa a
eles depende da sua localização em função de altitude e latitude da superfície terrestre. O
segundo tipo de radiação é de origem terrestre e é encontrado nos solos, rochas, atmosfera e
consequentemente nos materiais de construção, alimentos, água e também no corpo humano.
As exposições externas, dependente dos radionuclídeos terrestres, variam de nível em função
do tipo de rocha a que se originou (UNSCEAR: United Nations Scientific Committee on the
Effects of Atomic Radiation, 2000). Sendo assim, os níveis de radioatividade mais altos são
encontrados geralmente em rochas ígneas ácidas e seus derivados metamórficos (e.g.: granito
gnaisses, migmatitos) e em rochas sedimentares ricas em matéria orgânica e fosfatos.
As que possuem energia suficiente para ionizar os átomos e moléculas com as quais interagem.
16
A exposição externa leva em conta tanto as radiações em ambientes fechados quanto
ao ar livre, sendo que nos primeiros, a taxa anual de dose absorvida no ar é cerca de 40%
maior do que aquela ao ar livre (UNSCEAR, 2000). Este fato deve-se principalmente ao gás
Radônio (descendente do Ra-226) que está presente nos materiais de construção, cujas
emanações ficam confinadas nos ambientes fechados, principalmente nos países de clima
mais frio. Ao ar livre, a taxa de exposição se dá principalmente pelos radionuclídeos presentes
ou originados daqueles que estão no solo e até daqueles que foram incorporados por
organismos vivos (pessoas, animais, plantas), que podem contribuir com emissões da radiação
gama do K-40 (UNSCEAR, 2000; BRINDHA et al, 2007).
A contaminação ambiental por Radônio e seus descendentes tem recebido especial
atenção das agências de proteção ambiental e de saúde pública em vários locais do mundo
desde as últimas décadas do século XX (Zeeb, 2011). Os primeiros estudos nessa área foram
feitos na década de 20, cerca de duas décadas depois da descoberta do gás, quando os níveis
de radiação no ar do interior de minas de rádio na Alemanha começaram a ser analisados
(Miller, 1990). Nesse período, verificaram-se relações claras entre concentração de Radônio e
a alta ocorrência de câncer de pulmão em trabalhadores de minas (EDELSTEIN E
MAKOFSKE, 1998).
A principal fonte geradora do Radônio presente no ambiente atmosférico é o solo.
Outra fonte importante de geração de Radônio no ambiente interior dos domicílios é a água
subterrânea. A ingestão dessas águas, com altos teores de rádio e/ou Radônio, bem como a
inalação de ar com altos níveis desse gás podem representar um risco direto à saúde da
população. Segundo o ICRP (International Commission on Radiological Protection) 1993, a
exposição das células sensíveis dos aparelhos respiratório e gastrintestinal à radiação
ionizante possibilita a ocorrência de alguns tipos de câncer nesses órgãos.
A unidade do Sistema Internacional de medida (SI) de concentração de Radônio é
Becquerel por metro cúbico (Bq/m3), por sua vez o Becquerel equivale a uma desintegração
por segundo, referida como 1s-1
. A unidade mais antiga, não pertencente ao SI, é o picoCuries
por litro de ar (pCi/L), um Ci equivale a 3,7x1010
Bq. O Curie equivale a atividade de 1 grama
de Rádio-226. Essas unidades são assim denominadas em homenagem a Antoine Henri
Becquerel (1852 – 1908), e ao casal Pierre (1859 – 1906) e Marie Curie (1867 – 1934),
descobridores da radioatividade. A Organização Mundial de Saúde (OMS, 1999) recomenda
que nas residências os níveis de Radônio sejam mantidos inferiores ou igual a 100
Bq/m3.Segundo dados do Conselho Nacional de Proteção contra a Radiação (NCRP: National
17
Council on Radiation Protection), as concentrações de Radônio nos solos variam de 30.000 a
100.000 Bq/m3, enquanto que na atmosfera são da ordem de 8 Bq/m
3. Dados apresentados
pelo ICRP 60 (1991) e pela UNSCEAR (2000), ilustrados na Figura 01 mostram que, em
média, metade de toda radiação absorvida por um ser humano, incluindo as naturais e
artificiais, é devida ao Radônio.
Figura 01 - Distribuição para a dose média anual de radiação absorvida pelo ser
humano e sua distribuição em relação às fontes de radiação. (Adaptado de UNSCEAR, 2000).
Desde os primeiros estudos, a preocupação com a possibilidade de que altas
concentrações de Radônio em ambientes comuns de convívio humano possam ser
relacionadas à causa de doenças no ser humano (câncer de pulmão, leucemia, entre outras)
vem aumentado significativamente. Isso tem impulsionado a elaboração de estudos com
diferentes metodologias (medidas de atividade no ar e na água, calibrações de detectores,
propriedades de transporte do Radônio em materiais, etc.) a fim de se quantificar as
concentrações deste gás em residências, locais de trabalho e ambientes naturais (KATASE E
SHIMO, 1998).
Com base no exposto acreditamos ser necessária a realização de pesquisas que
permitam descrever a distribuição de Radônio próximo a superfície da terra em diferentes
biomas naturais do Nordeste do Brasil (NEB).
Especificamente sobre biomas do Nordeste do Brasil (NEB) pouco se sabe sobre o
comportamento do Radônio. Menos ainda quanto à influência de fatores meteorológicos em
sua concentração. Portanto, a hipótese deste estudo é de que diferentes biomas do NEB (Mata
18
Atlântica Dunar e Caatinga) emitem Radônio devido ao processo de evapotranspiração das
plantas, concomitantemente com a emanação do solo.
Além disso, fatores ambientais e meteorológicos influenciam nas concentrações e no
comportamento deste gás. Logo, o objetivo geral da presente tese foi quantificar, através de
campanhas de coleta de dados inéditas, a concentração do gás Radônio, íons atmosféricos e
variáveis meteorológicas em dois biomas nordestinos, associando-as através de relações de
causa e efeito. Os objetivos específicos foram:
Quantificar as concentrações de Radônio em duas localidades e
determinar as diferenças existentes entre elas quanto à emissão;
Quantificar os aglomerados iônicos (na atmosfera baixa de áreas de
floresta natural e na Caatinga), com a finalidade de se realizar tanto a avaliação da
distribuição de Radônio nos referidos compartimentos ambientais, como a sua
influência na formação dos aglomerados iônicos existentes em áreas com cobertura
florestal;
Determinar os ciclos diurnos da concentração do gás Radônio e íons e a
influência de variáveis meteorológicas;
Analisar o efeito da estabilidade estática e dinâmica atmosférica a partir
do número de Richardson Bulk.
19
2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
Algumas regiões do Brasil são mais ricas em minerais radioativos naturais, por
exemplo, os minerais primários e secundários de Urânio e Tório. Estes são normalmente
associados a outros minerais não radioativos, atrelados às rochas granitóides. Contudo, a
ocorrência principal é de minerais de Urânio, que resulta de processos geoquímicos
complexos (D'ELBOUX, 1984).
O Urânio 238 não é o agente que apresenta o maior fator de risco à saúde humana,
cabendo esse papel ao Radônio (Rn-222). Qualquer possível risco direto de câncer ou outro
problema de saúde provocada pela exposição ao Urânio é provavelmente menor que 0,005%,
em comparação com um risco esperado indireto de 0,2% a 3,0% associado à inalação do gás
Radônio, que é produzido pelo decaimento do U-238 (TAYLOR e TAYLOR,1997).
O Urânio é um elemento químico radioativo natural que decai ao longo do tempo,
transmutando-se em vários outros elementos, em uma estrutura sequencial denominada cadeia
ou série de decaimento radioativo. O Rn-222 é descendente do Rádio-226, que por sua vez, é
o quinto descendente do U-238, conforme apresentado na Figura 2. O Rádio 226 é um
radionuclídeo que possui um período de meia-vida longo (cerca de 1.600 anos). Por outro
lado, o Rn-222, que é foco das preocupações de saúde pública, apresenta meia-vida de apenas
3,82 dias, sendo este um tempo suficiente para contaminar o ar atmosférico e trazer risco à
saúde (UNSCEAR).
O Urânio possui três isótopos (U-238, U-235 e U-234). Na crosta terrestre, o U-238
representa 99,28% destes isótopos e está em equilíbrio radioativo com o U-234, que
representa 0,0058%. O U-235, isótopo inicial da série do actínio, representa 0,71%. O Urânio
é encontrado em todas as rochas e solos, e as rochas ácidas ígneas e metamórficas contêm
concentrações na ordem de aproximadamente 100 vezes maior do que nas rochas ultra ígneas
e metamórficas. Nas rochas sedimentares enriquecidas em fosfatos e matéria orgânica o índice
de Urânio pode ser cerca de 10 vezes o das rochas ígneo-metamórficas (EISENBUD E
GESELL, 1997).
Uma rocha granitoide ou granito é uma variedade de rocha ígnea
20
A homogeneidade na distribuição de Urânio por rochas e solos é muito rara. A maior
parte do Urânio em rochas pode ser atribuída a sua desigualdade mineral, mesmo quando há
apenas algumas partes por milhão de Urânio presente (Ball et al., 1991; Anjos et al., 2005,
2006, 2007, 2010b, 2011; Veiga et al., 2006. ). Claramente, como o Radônio é um gás
radioativo com uma meia vida curta, a sua possibilidade de fuga a partir da matriz mineral
para o ambiente é maior quando ela é gerada perto da superfície do mar e a partir dessa matriz
mineral (VALLADARES et al., 2013).
O Rádio 226 (Ra-266) está presente em quantidades variáveis em rochas ígneas. Estas,
por sua vez, tendem a conter concentrações mais elevadas comparadas às rochas arenosas e
rochas calcárias. A quantidade de rádio em águas está relacionada a fatores geológicos e
geoquímicos que influenciam a concentração dos dois principais isótopos Ra-226 e Ra-228,
que são filhos do Urânio e do Tório, respectivamente. Há mais Th-232 do que U-238 na
natureza, considerando-se a atividade radioativa, mas há fatores geoquímicos que propiciam
concentrações de Ra-226, geralmente maiores que de Ra-228 (Eisenbud e Gesell, 1997). O
Radônio, como gás inerte, indica a presença de rádio e de seu precursor, o Urânio, no solo
(KUMAR et al., 2008).
Figura 02 - Séries radioativas de decaimento do Urânio-238 e Tório-232 até chegar ao
Chumbo, com suas respectivas emissões alfa (α) e beta (β).
21
Fonte: Dados do National Nuclear Data Center (NNDC,2011).
Os radionuclídeos naturais estão presentes na Terra desde a sua origem. Os elementos
radioativos como Urânio, Tório e Potássio são encontrados em quase todos os tipos de rochas,
areias, solos e água. Os seres humanos estão expostos a radiações ionizantes dessas fontes
naturais que estão distribuídas pelo meio ambiente terrestre (UNSCEAR, 1993; Kumar et al.,
2008) e podem ser divididos entre aqueles que ocorrem de forma isolada e os que são
componentes de três séries de decaimento radioativo: a série do Urânio originada com o
Urânio-238, a série do Actínio originada com o Urânio-235 e a série do Tório-232
(UNSCEAR, 1993). As séries completas são apresentadas nas Tabelas 1, 2 e 3.
Tabela 01 – Série Natural do Urânio e tempo de meia- vida de seus componentes –
Dados do National Nuclear Data Center (NNDC, 2011).
N u c líd e o Me ia -v id a
2 4 ,1 d ia s
1 ,1 6 m in u tos
1 6 0 0 a n os
3 ,8 2 3 5 d ia s
3 ,0 9 8 m in u tos
2 6 ,8 m in u tos - 1 ,5 s eg u n d os
1 9 ,9 m in u tos
2 2 ,2 a n os
5 ,0 1 d ia s
1 3 8 ,3 7 6 d ia s - 4 ,2 0 2 m in u tos
E s tá v e l
2 3 8 U 4 ,4 7 x 1 0 9 a n os2 3 4 T h2 3 4 Pa2 3 4 U 2 ,4 5 5 x 1 0 5 a n os
2 3 0 T h 7 ,5 4 x 1 0 4 a n os2 2 6 R a2 2 2 R n2 1 8 Po
2 1 4 Pb (9 9 ,9 8 % ) 2 1 8 At (0 ,0 2 % )2 1 4 B i
2 1 4 Po (9 9 ,9 8 % ) 2 1 0 T l(0 ,0 2 % ) 1 6 4 ,3 µ s - 1 ,3 m in u tos2 1 0 Pb2 1 0 B i
2 1 0 Po (~ 1 0 0 % ) 2 0 6 T l (0 ,0 0 0 1 3 % )
2 0 6 Pb
22
Tabela 02 – Série Natural do Tório e tempo de meia- vida de seus componentes –
Dados do National Nuclear Data Center (NNDC, 2011).
N u c líd e o Me ia -v id a
5 ,7 5 a n os
6 ,1 5 h ora s
1 ,9 1 1 6 a n os
3 ,6 3 1 9 d ia s
5 5 ,6 s eg u n d os
0 ,1 4 5 s eg u n d os
1 0 ,6 4 h ora s
6 0 ,5 5 m in u tos
0 ,2 9 9 µ s - 3 ,0 5 3 m in u tos
E s tá v e l
2 3 2 T h 1 ,4 x 1 0 1 0 a n os2 2 8 R a2 2 8 Ac2 2 8 T h2 2 4 R a2 2 0 R n2 1 6 Po2 1 2 Pb2 1 2 B i
2 1 2 Po (6 4 % ) 2 0 8 T l (3 6 % )
2 0 8 Pb
Tabela 03 – Série Natural do Actínio e tempo de meia- vida de seus componentes –
Dados do National Nuclear Data Center (NNDC, 2011).
N u c líd e o Me ia -v id a
2 5 ,5 ,h ora s
2 1 ,7 7 2 a n os
2 2 ,0 0 m in u tos - 1 8 ,6 8 d ia s
1 1 ,4 3 d ia s
3 ,9 6 s eg u n d os
1 ,7 8 1 m s
3 6 ,1 m in u tos - 0 ,1 9 m s
2 ,1 4 m in u tos
4 ,7 7 m in u tos - 0 ,5 1 6 s eg u n d os
E s tá v e l
2 3 5 U 7 ,0 4 x 1 0 8 a n os2 3 1 T h2 3 1 Pa 3 ,2 7 6 x 1 0 4 a n os2 2 7 Ac
2 2 3 F r (1 ,3 8 % ) 2 2 7 T h (9 8 ,6 2 % )2 2 3 R a2 1 9 R n2 1 5 Po
2 1 1 Pb (~ 1 0 0 % ) 2 1 5 At (0 ,0 0 0 2 3 % )2 1 1 B i
2 0 7 T l (9 9 ,7 3 % ) 2 1 1 Po (0 ,2 7 3 % )
2 0 7 Pb
De todos os elementos radioativos que ocorrem naturalmente na atmosfera, o Rn-222
tem sido mais amplamente pesquisado. Grande parte desse interesse vem do seu
monitoramento entre (1950 e 1980) que foi relacionado ao reconhecimento do mesmo, como
sendo um risco para a saúde em residências e ambientes de trabalho subterrâneos
(NAZAROFF e NERO, 1988). Atualmente a Organização Mundial de Saúde considera o
Radônio e seus descendentes como um agente carcinogênico, que está diretamente associado
23
ao desenvolvimento do câncer de pulmão (EPA, 2012). A seguir apresentamos algumas
informações a cerca do Radônio em um contexto detalhado para o estudo em questão.
2.1. Cálculos das doses de radiação absorvida
A dose absorvida é uma medida da energia depositada em um meio por uma radiação
ionizante. É igual à energia entregue por unidade de massa, J/kg, unidade à qual é dado o
nome especial de Gray, (Gy). Os danos à saúde relacionados à radiação ionizante dependem
da taxa de absorção, que são proporcionais à concentração da energia absorvida pelo tecido
vivo. Por esta razão, a unidade básica de dose de radiação (D) é expressa em termos de
energia por unidade de massa de tecido vivo. No Sistema Internacional (SI) de medidas a
unidade de D é o Gray (Gy), sendo definida como a energia de radiação absorvida por
unidade de massa (J/kg). Outra unidade utilizada é o rad (Radiation Absorbed Dose), sendo 1
Gy = 100 rads. Doses elevadas podem ter efeitos menores se aplicadas com taxas de dose
diluídas no tempo, inclusive para doses fracionadas (Cember, 1983).
Radiações de diferentes naturezas têm capacidades diferentes de lesar o mesmo tipo de
matéria viva. A Dose Equivalente (H) leva em conta essas diferenças e sua unidade no SI é o
Sievert (Sv). Para se identificar a dose equivalente é necessário fazer o uso do Fator de
Qualidade (Q), descrito na Tabela 04.
Tabela 04 – Identificação da dose equivalente de radiações a partir do fator de
qualidade (adaptada de Cember, 1983).
Tipo de Radiação Q
Raios Gama 1
Raios X 1
Raios Beta e elétrons de energia > 0,03 MeV 1
Raios Beta e elétrons de energia < 0,03 MeV 1,7
Partículas Alfa 20
Devido às diferenças das características dos tecidos humanos, também há que se levar
em consideração cada tecido vivo em estudo para se identificar a dose equivalente. O fator
(N), chamado de fator de modificação, leva em conta as diferentes maneiras como os tecidos
24
absorvem as radiações. Este fator (N), em conjunto com o Fator de Qualidade faz parte da
definição da Dose Equivalente (H), como mostra a Equação 01:
H = D.Q. N (Eq.01)
Os níveis de exposição mencionados a seguir explicitam esta relação.
Com relação aos níveis de exposição, a Posição Regulatória 3.01/007 (CNEN-Posição
Regulatória, 2010) apresenta no item 3.1 do documento as situações de exposição crônica
passíveis de intervenção. Dentre estas situações encontram-se as exposições decorrentes de
radionuclídeos naturais. O mesmo documento propõe valor de referência de 10 mSv/a para
avaliação da implementação de ações de intervenção. Este valor é referência nos documentos
das agências de controle de radiação e das organizações afins (ICRP 60, 1993; UNSCEAR,
1993; EPA, 2000; WHO, 2009).
Para avaliação dos níveis de radiação são levados em consideração pelo menos três
parâmetros principais: a dose, o tempo de exposição ou tempo de ocupação do ambiente e o
fator de equilíbrio. O fator de equilíbrio (F) é a relação entre os subprodutos do Polônio,
Chumbo, Bismuto Equilibrium-Equivalent Decay-Product Concentration (EEDC) e o
Radônio, e é igual à unidade se o Radônio e seus descendentes estiverem em equilíbrio
radioativo (PORSTENDÖRFER, 1993).
Os resultados do estudo de Porstendörfer (1993) mostram que para a maioria dos
ambientes internos o fator de equilíbrio está entre 0,2 e 0,6. UNSCEAR (2000) ressalta que a
maioria dos trabalhos não apresenta há tempos medidas específicas do fator de equilíbrio,
sendo então adotado o valor de 0,4.
2.2. Características do gás Radônio
O Radônio é um gás nobre, portanto raramente combina-se com outros elementos para
formar moléculas. É incolor, inodoro e insípido, radioativo e quatro vezes mais denso que o
ar. Pode ser considerado como formado de três isótopos radioativos Rn-222, Rn-220 e Rn-
219, provenientes da desintegração radioativa dos seguintes isótopos de Rádio: Ra-226, Ra-
224 e Ra-223, que provêm originalmente dos isótopos de Urânio, ao emitirem partículas alfa
(GOLD, S. Barkau, 1964, apud SILVA, João A. F., 2001, p. 1-19)
25
Por ser um gás, o Radônio produzido em interior de rochas e solo se difunde
rapidamente através de fissuras, tubulações e buracos, até alcançar a superfície terrestre
(Graves, 1987 e citado também em Marques et al., 2004). Ao ar livre as concentrações de Rn-
222 são baixas, mas em ambiente fechado e com pouca ventilação ele se acumula, passando
então a representar um risco potencial à saúde da população. Quando os solos permitem uma
grande emanação de Rn-222, as edificações construídas sobre o mesmo terão altas
concentrações desse gás, necessitando de grandes massas de ar circulantes para dissipá-lo
(DUEÑAS, et al.,1990) e citado também em (GERALDO et al., 2005).
Em toda a Terra, cerca de dois átomos de Radônio em média são emitidos por segundo
para cada centímetro quadrado de solo em um dia (ANL: Argonne National Laboratory,
2013). Dessa forma, quase todas as casas apresentam Radônio em seus ambientes internos e
externos. A principal fonte geradora do Radônio é o solo. Porém ele surge também no
ambiente interior através do uso e ingestão de água subterrânea com altos teores de rádio e ou
Radônio. Acredita-se que a água contribui com 1 a 7% do Radônio presente no ambiente
interno de uma residência. Quaisquer atividades que exponha água ao contato com o ar
atmosférico tais como banho, lavagem de roupa, lavagem de louça etc.. Pode liberar Radônio
(AL-MOSA, 2007).
Quando o Ra-226 decai, por emissão α, transformam-se em seu produto de decaimento
Rn-222 (Radônio), que tem meia-vida de aproximadamente 3,82 dias. Similarmente, o Ra-
224, que é um descendente da série do Th-232, decai por emissão α, ao Rn-220 (Torônio), de
meia-vida de 55,6 segundos. O Rn-219 (Actinônio), que faz parte da série do U-235, decai
com meia-vida de aproximadamente 3,96 segundos (UNSCEAR , 2000 )
De acordo com (Ishimori et al., 2013) enquanto a partícula alfa é emitida a partir do
isótopo Ra-226 como um resultado de sua desintegração, o descendente Rn-222 pode ser
libertado para o espaço dos poros ou incorporado em partículas adjacentes, devido à sua
energia cinética (86 keV ) mantendo-se como o resultado da energia de sua desintegração alfa.
A grande importância atribuída a este isótopo, com relação à exposição humana, está
relacionada ao fato deste ter a meia-vida maior (RAHMAN et al. 2007).
Esse fato tem sido evidenciado por meio de estudos epidemiológicos efetuados com
trabalhadores de minas em vários países, e atualmente o Radônio já é classificado pela
Agência Internacional de Pesquisa em Câncer (IARC) como agente carcinógeno de classe IA,
26
que seria a capaz de provocar ou estimular o aparecimento de carcinomas ou câncer em um
organismo, corroborado por Marques, et al. (2006).
Outros estudos descrevem as variações das concentrações de Rn-222 ao longo do dia,
além de caracterizarem a marcante variabilidade sazonal dessas concentrações. No ciclo
diurno, as concentrações máximas são observadas nas primeiras horas de radiação solar,
enquanto os mais elevados são medidos no fim da tarde. Por outro lado, ao longo do ano, as
concentrações de Rn-222 apresentam um pico nos meses de outono e inverno e mínimos na
primavera para no Hemisfério Norte como em Jayaratne et al., 2011, Veleva et al., 2010 e
Chandrashekara et al., 2006. Esta variação é consistente com os padrões de turbulência
atmosférica, que tendem a serem maiores na primavera (UNSCEAR, 1993).
Os primeiros estudos baseados em observações de Radônio ambiental procuravam
caracterizar a distribuição vertical de Radônio na atmosfera. Nesse contexto, torres
instrumentadas serviram como base para as medições de perfis (Moses et al, 1960; Cohen et
al, 1972; Ussler et al., 1994: Butterweck et al, 1994). Em outras perspectivas, algumas
observações foram feitas em locais de topografia elevada (WILKENING e RUST, 1972).
Mais tarde, a amostragem foi realizada utilizando plataformas aerotransportadas (Kritz
et al., 1990, 1998). As técnicas utilizadas para as medições eram simples. As aproximações
mais comuns foram: (i) contar o Radônio concentrado em dosímetros de carvão ativado
(Moses et al., 1960), (ii) contar descendência de Radônio recolhido em filtros (Kritz et al.,
1990), ou (iii) encher balões pressurizados com amostras de ar para uma subsequente análise
laboratorial (KRITZ et al., 1998).
No Brasil, estudos para avaliar a concentração de Radônio não só em ambientes
internos e externos no Rio de Janeiro como estudado por Magalhães et al. 2011 e Campos et
al. 2011 no Rio Grande do Norte, que estudaram as concentrações de Rn-222 e suas
consequências na saúde humana mas também em água subterrânea como o de Lima Marques
et al. 2006 em São Vicente - SP nos remete á importância de se conhecer ainda mais as
concentrações e as diversas formas em que o Radônio está presente na atmosfera.
27
2.2.1. Efeitos do gás Radônio na saúde
A primeira evidência epidemiológica sobre o risco de câncer de pulmão associado à
exposição ao Radônio ocorreu através de pesquisas realizadas com mineiros que trabalhavam
em regiões subterrâneas onde a concentração Rn-222 é relativamente alta. Verificou-se que o
nível de exposição média anual destes trabalhadores apresentava níveis semelhantes às
concentrações presentes em alguns ambientes fechados, como residências. Assim, a discussão
do risco de exposição ao Rn-222 passou a afetar a população em geral, centrando-se
principalmente nos ambientes internos (MAGALHÃES et al., 2003).
Uma parte do Rn-222 é absorvida pela pele quando o gás é inalado, os produtos de
decaimento fornecem uma dose aos tecidos do corpo, que pode ser significativa. Isto é objeto
de estudo do ICRP (1991). O Rn-222, Rn-220 e seus descendentes quando inalados
aumentam o risco da evolução do câncer de pulmão (UNSCEAR, 2010; WHO, 2009).
2.2.2. O Radônio e as trocas na interface solo-vegetação-atmosfera
As concentrações de partículas e de poluentes gasosos na atmosfera são moduladas
pela velocidade na qual eles são lançados a partir de suas respectivas fontes, ou dissipados
através de vários mecanismos, que incluem a deposição química de superfície local e suas
transformações, além das características da atmosfera em que eles se misturam (DUENAS et
al., 1996; PERRINO et al, 2001, 2008; AVINO et al., 2003; VELEVA et al, 2010.).
Um número crescente de pesquisadores começaram a investigar o efeito do Rn-222 no
que diz respeito aos meios simples e econômicos de medir quantitativamente a estabilidade
atmosférica ou a profundidade da camada limite (Wang et al., 2013. Zhang et al., 2012.; Xia
et al., 2011.; Perrino et al., 2001, 2008; Desideri et al., 2006; Galmarini, 2006; Acker et al.,
2006; Sesana et al, 2003; Duenas et al., 1996; Febo et al., 1996; Porstendörfer et al., 1991;
Fujinami e Esaka, 1987). O Rn-222 pode migrar do solo para a atmosfera, tanto por difusão
molecular como por convecção e pelo aporte da evapotranspiração das plantas (Jayaratne
E.R., Ling X., e Morawska L. 2011). A distância de propagação é limitada pela sua meia-vida,
ou seja, será mais bem transportado enquanto não decair, por esse motivo o Rn-222 pode se
mover por distâncias maiores e ser mais facilmente medido (CHEN et al., 2016).
28
Camada Limite Planetária (CLP) é a camada da atmosfera, próxima a superfície onde
ocorre a interação entre a superfície da Terra e a atmosfera, na forma de processos físicos
como transferências de momentum, calor e massa. A espessura (altura) da CLP varia e pode
se estender de alguns metros á 1 a 2 km na troposfera, e está relacionada à ocorrência de
fenômenos turbulentos atmosféricos. Este processo físico de grande complexidade tem a
característica de ser um excelente transportador de quantidades. Características peculiares da
superfície do planeta, tais como o cisalhamento do vento e o aquecimento radiativo diurno
contribuem para a produção de turbulência. Desta forma, a influência da superfície do planeta
é sentida até distâncias muito maiores que seriam possíveis se apenas processos moleculares
ocorressem. O ciclo diurno da CLP responde principalmente à variação de temperatura da
superfície, através da absorção da radiação solar incidente gerando aquecimento durante o dia
e o resfriamento através de perdas radiativas durante o período da noite. Esse processo de
aquecimento e resfriamento da superfície gera um dos mais importantes processos de
transporte de energia e massa entre a superfície da Terra e a atmosfera, que pode ser usado
para definir a camada limite. Durante o período noturno, o resfriamento superficial causa a
formação de uma camada de estratificação térmica estável, comumente referida como camada
limite estável (CLE). A produção de turbulência na CLE ocorre unicamente devido ao
cisalhamento do vento, enquanto que a destruição se dá pela estratificação térmica além de
processos dissipativos. Em condições de vento suficientemente intenso, o termo de produção
é frequentemente capaz de manter uma condição de turbulência contínua. Nesses casos, a
camada limite é dita fracamente estável. Por outro lado, quando os termos de produção e
destruição de turbulência na CLE têm magnitudes comparáveis, a magnitude da turbulência
pode diminuir apreciavelmente, aproximando-se da total supressão (MAHRT, 1999).
As concentrações de Rn-222 diminuem com a altura em função de seu elevado peso
molecular. Os níveis de Rn-222 atmosféricos são influenciados pela umidade do solo, sendo
que as concentrações mais elevadas ocorrem nas regiões mais áridas, além de que solos áridos
possuem rachaduras que facilitam o transporte de Rn-222 do solo para atmosfera
(EISENBUD e GESELL, 1997).
A exalação do Rn-222 não depende somente da atividade do Ra-226 e do coeficiente
de emanação do solo, mas também das condições meteorológicas, em que se destaca a
umidade do solo, pois devido a sua grande solubilidade na água, ele não emana (KRANER,
1964; KEMSKI, 1993 e IOANNIDES et al., 2003).
29
Alguns estudos sobre a avaliação do efeito do vento advectivo sobre a concentração
Radônio atmosférico local, foram realizados empregando as proporções de atividade entre os
dois isótopos de Radônio (Rn-220 e Rn-222), em vez das suas concentrações absolutas. Uma
vez que essa proporção deverá ser aproximadamente constante para o Radônio produzido
localmente, enquanto que a componente de advecção do vento muda constantemente
concentração de Radônio, juntamente com a sua relação isotópica. Esta é geralmente a
explicação dada e aceitável para os grandes picos de Radônio relatados na literatura
(LAMBERT et al., 1970, POLIAN et al., 1986, BALKANSKI & JACOB, 1990 e PEREIRA,
1990).
O coeficiente de emanação é definido como a taxa quantitativa do Rn-222 liberado a
partir da estrutura cristalina para o espaço dos poros abertos, para a quantidade total do gerado
pela matriz do solo. Deste modo, muitos fatores determinam a quantidade da emanação de
Rn-222 tais como: a variação da concentração de partículas de densidade do Rádio, a
homogeneidade da distribuição do Rádio, o tamanho do grão, o volume de poros e o teor de
humidade (ISHIMORI., et al 2013)
Feichter e Crutzen (1990) afirmaram que a simulação de transporte de Radônio é uma
excelente ferramenta para a avaliação dos sistemas de transporte em modelos regionais e
globais. Devido à sua meia-vida curta, a distribuição vertical de Radônio na atmosfera mostra
uma grande sensibilidade para os processos em escalas menores.
Por ser solúvel em água e em outros líquidos, o Radônio pode estar presente em
concentrações consideráveis em cavernas de calcário onde, geralmente, não há Urânio ou
Tório. Como sua concentração no ar é relativamente baixa, os átomos de Radônio não se
depositam como os átomos de um gás pesado (diretamente sobre superfícies) assim, as
variações e os gradientes de concentração são também fortemente influenciados por fatores
meteorológicos como velocidade e direção do vento, umidade e temperatura. A deposição no
solo ocorre através dos processos de precipitação como a chuva, isso porque os produtos do
decaimento dos isótopos de Radônio são metais pesados que podem se ligar às partículas de
aerossóis do ar (SANTOS, 2008).
É possível usar o Radônio como gás marcador para observar as taxas de trocas de
gases entre o dossel de uma floresta e a atmosfera (Martens et al., 2004). Isso ocorre porque
ao contrário do Radônio, a maiorias dos gases emitidos pela biosfera são fotoquimicamente
30
ou biologicamente reativos; portanto, potencialmente impróprios para uma marcação direta de
transporte de gases no interior ou a partir de uma superfície de vegetação terrestre.
O Rn-222, um gás radioativo natural, é ideal para estudos de trocas gasosas em
florestas tropicais, como a Amazônia, porque: (1) é emitido a partir do solo; (2) é um gás
quimicamente inerte, tornando-se fisicamente adequado para o rastreio do intercâmbio entre
solos florestais, dossel e baixa atmosfera; (3) o único sumidouro para Rn no dossel é o
decaimento radioativo que pode ser facilmente quantificado utilizando o seu conhecido
decaimento constante, onde a sua meia-vida de 3,825 dias garante um comportamento quase
conservativo em estudos de interações entre solo , dossel e atmosfera; e (4) existe a tecnologia
necessária para realização contínua, de medições de fluxos de Rn-222, tanto dentro quanto
acima do dossel das florestas em intervalos de tempo convenientes (MARTENS et al., 2004).
O Projeto Internacional Química Global da Atmosfera (IGAC) reconheceu que a
principal limitação na nossa capacidade de prever as alterações climáticas é a nossa falta de
compreensão direta e indireta do comportamento dinâmico dos aerossóis (Climate Change
2001 IPCC Third Assessment, Cambridge University Press, 2001). Os efeitos dos aerossóis
sobre as propriedades térmicas e ópticas da atmosfera gera uma grande fonte de incerteza na
previsão climática. Na Figura 03 apresentamos o croqui do Diagrama de Bretherton, extraído
do site: https://earth.stanford.edu/ess. Podendo-se observar os sistemas terrestres e suas
interações entre os sistemas físico-climáticos, ciclos biogeoquímicos, forças externas e os
efeitos das atividades humanas.
A utilização de diferentes marcadores, especialmente os radioativos, em meteorologia
aumentou consideravelmente desde os trabalhos pioneiros de Karol & Malakhov (1962,
1965), Sheppard (1963), Kalkstein (1962), Junge (1963), Pearson & Jones (1966), Prospero &
Carlson (1970), Clements & Wilkening (1974), Duena et al., (1990), Magnoni (2001) e Sas et
al., (2006). Esses importantes estudos qualitativos sobre os mecanismos de circulação e de
troca entre a estratosfera e mesosfera foram obtidos tanto por meio de produtos de fissão (W-
185, Rh-102, Cd-109, Be-7 e Pb-210), como pela avaliação da variabilidade do Ozônio, do
vapor de água, isótopos estáveis e outros traçadores naturais (Figura 03). Esses dados são
especialmente importantes para se conhecer melhor a dinâmica da estratosfera e mesosfera,
como meios aerológicos comuns. Contudo, estes ambientes de grande altitude não nos
permitem realizar medições meteorológicas com a frequência e precisão requeridas para tais
estudos.
31
Figura 03 - Diagrama de Bretherton sobre os Sistemas Terrestres e suas interações,
que envolvem o sistema físico climático, os ciclos geobioquímicos, as forças externas e os
efeitos antrópicos.
Fonte: Modificada de NASA: Earth System Science: Overview.
No entanto, em estudos meteorológicos, houve atenção para a identificação dos
descendentes de longa vida do Radônio (Po-210 e Pb-210) e suas relações com os
hidrômeteoros da atmosfera baixa. Essas análises são facilmente identificáveis com a precisão
exigida para os estudos da velocidade de troca advectiva entre as diferentes interfaces da
atmosfera (JAYARATNE, et al., 2011; VELEVA et al., 2010; SZEGVARY et al,. 2009;
PETROV et al, 2009; MAGNONI, 1990; NISHIZAWA et al. 2008; CELIK et al., 2008;
VOLTAGGIO et al., 2008; WINKLER et al., 1998; MARTEN et al, 1985 e KAROL, 1966).
Os aerossóis dos descendentes do Radônio são formados quando os produtos de
decaimento radioativo de Radônio (Po-218, Po-214, Bi-214 e Pb-214) fixam-se na superficíe
das partículas de aerossóis atmosféricos suspensas no ar. A formação desses novos aerossóois
radioativos depende tanto da fração ligada (~ 90%), quanto do tamanho (~ 0,1 m de
diâmetro) dos aerossóis não radioativos disponíveis na atmosfera (Junge, 1963). Isto é,
32
quando as chances dos descendentes radioativos de Radônio de enfrentar os aglomerados
atmosféricos são baixas, essa descendência do Radônio permanece como um átomo livre e
alguns deles podem se agrupar com as moléculas de água. Contudo, se existem grande
quantidade de aglomerados iônicos, eles se fixam nesses aglomerados (Figura 04). A fração
ultra fina (<10-8
m) é geralmente designada de "fração solta" e a fração > 10-8
m de "fração
ligada".
A interação entre o Radônio Geogênico e a atmosfera terrestre tem sido estudada por
métodos de sensoriamento remoto na tentativa de identificar precursores de atividade sísmica.
Por exemplo, o sismo de Tohoku no Japão em 2011 foi alvo de numerosos trabalhos de
investigação, centrando-se, sobretudo na análise de séries temporais de OLR (Outgoing
Longwave Radiation) na faixa de 10 a 13 μm; tendo ficado reforçada a possível ligação entre
as variações na emanação de Radônio e a ionização da atmosfera (Ouzounov et al., 2011),
conforme foi sugerida por Nishizawa et al (2008), Kamogawa (2006), Liperovsky et al (2008)
e Pulinets et al. (2004) para eventos anteriores aos sismos, através de estudos sobre a
interação entre as interfaces Litosfera-Atmosfera-Ionosfera (LAI). Os estudos de
sensoriamento remoto têm-se utilizado dessa correlação entre Radônio e a ionização da
atmosfera para a caracterização e compreensão das dinâmicas regionais no que concerne a
evapotranspiração da vegetação e a concentração e a distribuição espacial de aerossóis
atmosféricos.
Figura 04 - Desenho esquemático da distribuição dos aerossóis radioactivos associados
à desintregração do gás Radônio (Yamada et al, 2000).
Relativo ao estudo das hipóteses que dizem respeito à formação de algo proveniente dos fenômenos
geológicos.
33
2.2.3. Íons atmosféricos
Do ponto de vista da concentração de íons e da condutividade, a atmosfera pode ser
dividida em atmosfera inferior (correspondente à troposfera), média atmosfera (estratosfera e
mesosfera) e atmosfera superior (termosfera). A atmosfera inferior e a média atmosfera são
fracamente condutoras por terem pequena concentração de íons. Nessas regiões, os íons são
criados pela ionização de moléculas neutras do ar, geralmente moléculas de nitrogênio e
oxigênio, por raios cósmicos primários e secundários e por partículas e radiação produzida
pelo decaimento radioativo de substâncias no solo, como Urânio e Tório. No ar, um
importante ionizador da atmosfera é o gás Radônio. Como resultado da ionização das
moléculas, elétrons livres e íons positivos são criados. Os elétrons são rapidamente ligados a
outras moléculas neutras produzindo íons negativos. A produção de íons por raios cósmicos
varia com a altitude e a latitude (PINTO et al ,2000).
A produção de íons devido ao decaimento de substâncias radioativas depende das
características do solo. Em particular, nos oceanos ela é várias ordens de grandeza menor
relativamente aos continentes. Em geral, na camada abaixo de 1,0 km, a razão média de
ionização (produção de pares de íons) sobre o continente devido á substâncias radioativas é
maior em comparação a ionização associada aos raios cósmicos. A razão de ionização é
também dependente das condições meteorológicas e das atividades geomagnética e solar.
Após os íons serem formados, eles reagem com as moléculas neutras e prendem-se às
moléculas de água na forma líquida e na forma de vapor, formando aglomerados de íons.
Estes aglomerados são relativamente estáveis e constituem a maioria dos íons de tamanho
molecular, também chamados de pequenos íons. Quando os pequenos íons se agregam às
partículas de aerossóis, eles formam grandes aglomerados de íons. Em geral, esses grandes
aglomerados de íons estão presentes na atmosfera em menores concentrações do que os
pequenos aglomerados de íons, exceto em regiões com altos níveis de poluição onde podem
ser mais numerosos (YAMADA et al, 2000, TAVARES et al. 2002).
Como foi mostrado por Sas et al. (2006) e por Jayaratne et al. (2011) em estudos sobre
a exalação de Radônio nas cavernas da República Checa e nas florestas Australianas,
constatou-se uma forte correlação entre os níveis de Radônio e os íons positivos (R2 = 0,89) e
íons negativos (R2 = 0,96).
34
Este fato também foi identificado por Ling et al. (2010), onde eles mostraram que a
média da concentração de aglomerados de íons em zonas florestais (725 íons/cm3) foram
significativamente superiores as de áreas abertas (269 íons/cm3). Estes valores relativamente
altos encontrados em zonas florestais que se encontram pouco afastados das atividades
humanas, estão de acordo com os valores excepcionalmente altos encontrados em locais de
florestas densas. Por exemplo, valores acima de 1.000 íons/cm3 foram identificados nas
florestas boreais no norte da Europa (Hirsikko et al., 2005; Vana et al., 2006; Tammet et al.,
2006; Vartiainen et al., 2007) e de mais 4.000 íons/cm3 em uma floresta de eucalipto, em New
South Wales da Austrália (Suni et al., 2008). Estes últimos autores sugeriram que estas
concentrações de aglomerados de íons excepcionalmente altas foram devido a uma forte
exalação de Radônio vindo dos solos desssa floresta, mas não puderam confirmar
categoricamente esta causa, devida a pouca informação sobre as concentrações de Radônio na
baixa troposfera da região (JAYARATNE et al, 2011).
Em outro estudo, Nagaraja et al. (2001) afirmam que os descendentes do Radônio
sendo carregados eletricamente e quimicamente reativos são responsáveis pela produção de
aglomerados de íons de pequeno porte. Latha (2003) citou que os descendentes do Radônio
como um contribuinte direto para a condutividade do ar, mostraram ter forte relação com o
campo elétrico. Como a condutividade e o campo elétrico estão inversamente relacionados, o
aumento da concentração de Radônio deve reduzir o campo elétrico próximo à superfície.
Outra consideração importante acerca da radioatividade no ar e sua influência nos
dados provenientes de aerolevantamentos é o fato dos radionuclídeos descendentes do Rn-222
ficarem aprisionados na camada de inversão térmica ou também conhecida como Camada
Limite Atmosférica (CLA) (Grasty, 2003). Como a altura desta camada varia ao longo do dia
e entre os dias, a concentração de Rn-222 sofre influências dessa variabilidade, como já
citamos no capitulo anterior quando falamos da CLA. A altura da CLA é um parâmetro
fundamental na caracterização da estrutura da atmosfera inferior e o seu conhecimento é de
suma importância em várias aplicações tais como o monitoramento ambiental, predição da
qualidade do ar e previsão do tempo ou como um parâmetro escalar para descrição dos perfis
verticais (STULL, 1998; BEYRICK, 1997).
De acordo com Zhang et al., (2011) a CLA é uma das camadas mais importantes da
atmosfera terrestre, tem uma relação inerente relacionada à formação, á evolução do tempo e
clima com a sua espessura que tem sido um dos parâmetros físicos importantes na simulação
numérica e na avaliação do ambiente atmosférico.
35
O objetivo desta tese foi estudar o comportamento da variação diurna de Rn-222, em
dois biomas distintos, a Caatinga e a Mata Atlântica Dunar, através de observações de
períodos determinados, procurando identificar os elementos meteorológicos que possam estar
influenciando estas concentrações. Para auxiliar na correlação dos aspectos meteorológicos
com a presença e concentração de Rn-222 e íons atmosféricos e visando identificar tais
fatores são utilizadas ferramentas estatísticas e devido à estrutura de dados multivariados, para
se atingir tal objetivo, a ideia é também utilizar-se de técnicas da análise multivariada
(ANOVA) tendo como meta prever as mudanças na variável dependente (Rn-222) como
resposta a mudanças nas variáveis independentes (Variáveis meteorológicas).
36
3. MATERIAL E MÉTODOS
Os locais de coleta de dados fazem parte do território do Rio Grande do Norte (RN)
que é o Estado do Nordeste Brasileiro (NEB) com maior proporção de área semiárida (93,4%
de 53.077 km2) (IDEMA, 2010). O RN é o sétimo estado em área no NEB e apresenta uma
localização estratégica no segmento oriental do Nordeste Brasileiro, entre os paralelos
4º49’53” e 6º58’57” de latitude sul e os meridianos de 34º58’06” e 38º34’54” de longitude a
oeste de Greenwich. A população do RN é de 2,77 milhões de habitantes, divididos em 167
municípios, agrupados em quatro mesorregiões e 19 microrregiões geográficas (Figura 05).
Quanto aos aspectos físico-ambientais apresenta as características de regiões próximas
ao equador, com temperaturas elevadas durante todo o ano, baixas amplitudes térmicas, forte
insolação e altas taxas de evaporação. A semiaridez destaca-se pela acentuada variabilidade
espacial e temporal da pluviometria, taxas negativas de balanço hídrico, predominância de
solos cristalinos de baixa profundidade e reduzida capacidade de retenção de água (ANA,
2006).
Figura 05 - Microrregiões do Rio grande do Norte.
Fonte: Instituto de Desenvolvimento Sustentável e Meio Ambiente (IDEMA, 2010).
37
3.1. Características do sítio de Apodí
Figura 06 - Mapa de localização das duas áreas estudadas.
A primeira etapa dos experimentos foi executada nas dependências da sede da
Empresa de pesquisa Agropecuária do Rio Grande do Norte (EMPARN) em Apodí, cuja
vegetação é caracterizada como Caatinga. O local de instalação dos instrumentos é situado na
latitude 5º 37’ 37,5” Sul e longitude 37º49’ 0,3” Oeste. Apodi é um município no RN
localizado na região da Chapada do Apodi, na microrregião da Chapada do Apodi, na
mesorregião do Oeste Potiguar e no Polo Costa Branca. De acordo com o censo realizado pelo
Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE) no ano 2011, sua população é de 40.404
habitantes. A área territorial é de 1.602 km².
De acordo com o IDEMA o solo da região é do tipo Podzólico Vermelho Amarelo
Equivalente Eutrófico. O solo tem aptidão restrita para lavouras e é apto para culturas de ciclo
longo, regular e restrita para pastagem natural. Tem uma menor área com aptidão regular para
lavouras de ciclo curto. O município é dividido em quatro regiões geográficas com
características bem diferentes baseadas nos tipos de solo: areia, chapada, pedra e vale.
De acordo a classificação de Köppen o clima da região é o tropical quente semiárido
(BSh). A temperatura média anual é de 28,5°C, com mínima de 22°C e máxima de 35°C. A
38
precipitação média anual é 772 mm, registrando-se uma distribuição de chuvas muito
irregular, espacial e temporalmente. A umidade relativa média anual é de 62%. Os ventos
sopram a uma velocidade média anual de 7,5 m/s e a evapotranspiração atinge a média anual
de 3.215 mm e a região tem uma insolação de 3.030 horas/ano (Fundação Cearense de
Meteorologia, FUNCEME).
Na Figura 07 é apresentada a entrada da base física de Apodí nas dependências da
EMPARN, onde foram feitas as medições para o período seco e chuvoso, respectivamente
bem como a estrutura já montada no bioma de Caatinga.
Figura 07 - (a) Entrada da base em Apodí-RN, (b) Bioma no Período Seco e (c)
Bioma no Período Chuvoso.
A
B C
39
Figura 08 - Estrutura que abriga os instrumentos, montada no bioma Caatinga.
O bioma Caatinga é característico do Semiárido do NEB e ocupando uma área de
aproximadamente 800.000 km2, o que equivale a aproximadamente 10% do território nacional
e 70% do NEB. Abrange praticamente toda a área dos estados do Ceará e do Rio Grande do
Norte, o sudeste do Piauí, a maior parte dos estados da Paraíba, Pernambuco, Alagoas,
Sergipe e do interior da Bahia, além de uma porção do extremo norte de Minas Gerais, no
Vale do Jequitinhonha, e parte do Espírito Santo (Leal et al., 2005; 2010; Bakke et al., 2010).
O ecossistema Caatinga é uma das dez SDTF (Seasonally Dry Tropical Forest) da América
Latina, detalhadamente descritas em Pennington et al. (2000) e são considerados os mais
ameaçados de todos os principais tipos de florestas tropicais (VARGAS et al., 2010).
A vegetação predominante é composta de árvores e arbustos xerófilos de clima
tropical. Sua fisionomia está diretamente relacionada às condições climáticas e pedológicas
regionais, e apresenta estratos herbáceos que se desenvolvem durante os cinco ou seis meses
em que ocorre precipitação pluviométrica, predominantemente na faixa de 300 a 800 mm
40
anuais (Bakke et al., 2010). Esse ecossistema é considerado uma das 37 áreas com mais vidas
selvagens do planeta, sendo identificado como uma das mais importantes áreas selvagens
tropicais (MITTERMEIER et al., 2002).
Segundo Pennington et al. (2000) a pouca atenção de agentes públicos contribuiu
decisivamente para o desmatamento descontrolado e o uso inadequado do solo, que causaram
e continuam causando sérios danos ambientais, acelerando o processo de desertificação que já
ameaça cerca de 20% da região (Leal et al. 2005) e afetando, muito provavelmente, o
microclima desse ecossistema. Finalmente, de acordo com o Instituto Brasileiro do Meio
Ambiente, IBAMA (2010), aproximadamente 80% do ecossistema original já foram
antropizadas.
3.2 - Caracterizações do sítio de Parnamirim
Parnamirim é um município brasileiro localizado no RN. Pertencente à Região
Metropolitana de Natal, à mesorregião do Leste Potiguar e à microrregião de Natal.
Parnamirim está localizada 12 km ao sul da capital estadual e ocupa uma área de 120.202
km². Em 2012 sua população era de 214.199 habitantes segundo dados do IBGE, sendo,
portanto, o terceiro município mais populoso do estado (Figura 08).
O clima de Parnamirim é tropical chuvoso do tipo "As" de acordo com a classificação
climática de Köppen. Apresenta verão seco e estação chuvosa, no outono e temperatura média
anual de 27,0°C. Os invernos apresentam temperaturas amenas relativamente ao resto do ano,
enquanto predominam temperaturas elevadas nos verões. O mês mais quente é janeiro, com
temperatura média de 27,1°C. O mais frio, julho, apresenta média de 24,2°C. O período
chuvoso de Parnamirim ocorre entre fevereiro e julho. A umidade relativa do ar média é de
79% e o tempo de insolação chega a 2.700 horas anuais (EMPARN).
A precipitação média anual é de aproximadamente 1.500 mm, sendo novembro o mês
mais seco, quando ocorrem 17,5 mm. Em junho, o mês mais chuvoso, a média fica em 288,1
mm. No RN, assim como em grande parte do país, durante o período chuvoso costumam
ocorrer inundações e deslizamentos de terra em algumas áreas.
41
Figura 09 - Parte da área escolhida para a coleta de dados em Parnamirim-RN.
Figura 10 - Estrutura montada no bioma de Mata Atlântica Dunar- Parnamirim-RN.
A maior parte da vegetação original de Parnamirim foi devastada e hoje a pouca parte
desse tipo de vegetação é uma área protegida. As Figuras 09 e 10 mostram a área escolhida
para coleta de dados. Assim como na Região Metropolitana de Natal, Parnamirim também
sofre com problemas ambientais. Além da mata atlântica, também há em Parnamirim, outros
dois tipos de vegetação: a floresta subperifólia e a formação tabuleiros litorâneos. O último
predomina em áreas já modificadas pela ação do homem (IDEMA/RN, 2008).
A Mata Atlântica no Nordeste cobria uma área original de 255.245 km², ocupando
28,84% do seu território. Os últimos esforços das organizações não governamentais, da
Sociedade Nordestina de Ecologia (SNE), da Fundação SOS Mata Atlântica e parceiros
42
governamentais para realizar um mapeamento, indicaram que o Nordeste ocupa hoje uma área
aproximada de 19.427 km², cobrindo uma área total de 2,21% de seu território. Mais de 46%
dos remanescentes mapeados estão localizados na Bahia. Os demais oito estados contam com
10.490,58 km² de remanescentes da Mata Atlântica dispostos em pequenos fragmentos. A
Mata Atlântica no Nordeste se estendia por uma faixa contínua litorânea do Rio Grande do
Norte até a Bahia e, nos Estados do Ceará e do Piauí, em áreas descontínuas sobre chapadas,
serras, dunas e vales (TABARELLI et al, 2006).
Geologicamente, o município de Parnamirim está inserido na área de abrangência do
Grupo Barreiras (Figura 11), com Idade do Terciário Superior, onde predominam argilas,
arenitos, arenitos conglomeráticos, siltitos, arenitos caulínicos, inconsolidados e mal
selecionados. As rochas do Grupo Barreiras estão recobertas localmente por extensas
coberturas arenosas coluviais e eluviais indiferenciadas (paleocascalheiras), compostas de
paraconglomerados com seixos de quartzo, sílex e fragmentos líticos, matriz areno-argilosa
avermelhada, que formam solos altamente permeáveis e lixiviados. Próximo ao litoral e
recobrindo toda a sequência estão as Paleodunas ou Dunas Fixas com Idade Quaternária,
compostas por areias bem selecionadas, amareladas, inconsolidadas ou parcialmente
consolidadas e bem selecionadas de origem marinha, que foram transportadas pela ação dos
ventos (dunas eólicas), formando cordões, atualmente fixados por vegetação. Acompanhando
a faixa litorânea estão depositados os sedimentos areno-quartzosos, denominados de
Depósitos de Praias, composto de areias fina a grosseira, com níveis de cascalho, associadas
às praias atuais e dunas móveis; arenitos e conglomerados com cimento carbonático,
definindo cordões de beach rocks. Também de origem marinha e transportados pelos ventos,
compõem-se as dunas móveis (Dunas recentes). Em alguns pontos da faixa litorânea expõe-se
material pertencente ao Grupo Barreiras, formando falésias de até 12 m de altura
(SEMARH/IDEMA).
43
Figura 11 - Mapa geológico do estado do Rio Grande do Norte.
Fonte: RADAM
O cordão dunar que cobre praticamente todo litoral nordestino é conhecido pela
existência de minerais pesados nas suas areias, nomeadamente: Ilmenita, Zircão, Monazita,
Allanita, Epídoto, Rútilo, Cianita, Estaurolita e Turmalina. Desses minerais pesados devemos
salientar a Monazita, Allanita e Epídoto, visto que no geral possuem radiação devido a
existência de Urânio e Tório na sua estrutura cristalina, sendo a monazita a principal fonte
mineral de Tório, cujas quantidades podem variar entre 1 e 20% (Dana, 1969). A
concentração desses minerais pesados é aleatória, por exemplo, nos sedimentos relíquias dos
canais ao longo do Rio Amazonas, bem como nas plataformas externas do Espírito Santo e
Rio Grande do Sul. Provavelmente, as praias do Nordeste, Sudeste e Sul do Brasil oferecem
as melhores condições para a acumulação de importantes depósitos de “placeres” (PGGM) e
alguns lugares constituem níveis de mais de um metro de espessura, o que pode gerar áreas
com forte radiação Gama natural.
44
3.3 - Descrições dos experimentos de campo
Os experimentos foram realizados em dois períodos. O período seco em Apodí foi de
15 a 19 de novembro de 2013 e de 11 a 16 de dezembro de 2013 em Parnamirim. No período
chuvoso foi realizado o experimento apenas em Apodí no período de 03 a 08 de abril de 2014.
Ambos os experimentos foram conduzidos na sede da EMPARN em Apodi-RN e
Parnamirim-RN para os biomas de Caatinga e Mata Atlântica Dunar, respectivamente.
Em Apodí as coletas dos dados foram horárias tanto das variáveis meteorológicas
quanto das concentrações de Rn-222 e íons atmosféricos. Houve falhas de medidas dos íons,
uma vez que o instrumento, por ser manual, requeria uma medida local horária e sem o
auxilio de um datalogger tornou-se inviável a realização das medidas durante a madrugada
em todos os dias do experimento.
Os dados do experimento em Parnamirim foram concentrados no período seco de
2013. Não foram executadas medidas no período chuvoso por falta de financiamento e
segurança dos equipamentos na localidade para a execução do mesmo. Da mesma forma que
em Apodí, a coleta de dados de íons atmosféricos ficou comprometida em decorrência da falta
de um datalogger para as medidas continuas durante a madrugada. O período de cinco dias
das medições para as campanhas foram em função da revisão de literatura científica
(Jayaratne et al. 2011) que mostra que esse período é suficiente para caracterizar o ciclo do
Rn-222, pois a meia vida desse gás é de aproximadamente 3,82 dias.
Foram realizadas medidas de variáveis meteorológicas à superfície: pressão
atmosférica, temperatura do ar, umidade relativa do ar, precipitação, velocidade e direção do
vento, radiação solar incidente. Para tal, utilizaram-se duas estações meteorológicas portáteis
em dois níveis verticais (1,5 m e 5,5 m) em Apodí e em um nível (1,5 m) em Parnamirim.
Para estes dados de superfície foram calculadas as médias, desvio padrão, máximos e
mínimos a cada hora.
45
3.4 - Medições do gás Rn-222
A radiação Gama superficial foi medida através de um espectrômetro radiação Gama
RS-230 (cristal de BGO) da Radiation Solutions. Por sua vez, o radônio nos gases de solo foi
medido por emanometria ativa através do instrumento AlphaGuard da GENITRON, que é a
peça central de um sistema de medição portátil e compacto para a determinação contínua da
concentração no ar do Rn-222 e de seus descendentes. Além disso, pode-se, a partir deste
instrumento realizar medidas de variáveis atmosféricas. Contudo, essas últimas informações
não foram usadas, preferindo-se os dados coletados com as estações meteorológicas.
Apresenta-se na Figura 12 o AlphaGuard já em funcionamento na estrutura montada
em Apodí durante o período seco.
Figura 12 - AlphaGuard disposto na estrutura montada em Apodí-RN.
No modo de operação padrão de medição do gás, o processo é feito por difusão através
de um filtro de fibra de vidro de superfície grande para a câmara de ionização. Ou seja,
através do filtro de fibra de vidro apenas o gás Radônio-222 pode passar, enquanto os seus
descendes são impedidos de entrar na câmara de ionização. Ao mesmo tempo, o filtro protege
o interior da câmara de contaminação por partículas de poeira conforme destacado na Figura
13. O AlphaGuard é adequado tanto para medições em curto ou a longo prazo no interior (por
exemplo, em edifícios), bem como ao ar livre. Ele também pode ser usado para vigilância
46
permanente de níveis de Radônio em dutos de ar de exaustão. Tal como uma unidade de
controle sensível ao Radônio-222 é útil em aparelhos de ar condicionado.
Figura 13 - Esquema da câmara de ionização AlphaGuard.
Fonte: Manual AlphaGuard.
3.5 - Medições de aglomerados iônicos
As medições de aglomerados iônicos na Atmosfera baixa foram realizadas abaixo da
copa do dossel em ambos os biomas. A altura das medidas foi a 1,5 m da superfície do solo.
Para tal foram usados contadores de íon de ar, modelo AlphaLab. Este instrumento tem uma
capacidade de medição entre 10 a 106 íons/cm
3, com uma concentração de carga mínima
detectável de 10 íons/cm3 e tempo de resposta de 2s, com uma taxa de amostragem de volume
de 0,8 (Figuras 14a e 14b). Contudo, este instrumento só tem a capacidade de monitorar íons
positivos e negativos separadamente. Consequentemente usaram-se dois instrumentos por
área estudada com o intuito de realizar as medições dos íons positivos e negativos
simultaneamente. Cada par de medidores de íons funcionaram interconectados a um
computador portátil, que registraram os dados em tempo real em intervalos de 1 s. Como
citado por (JAYARATNE et al., 2011).
47
Figura 14 - Contador de íons da AlphaLab (a) em Apodí-RN e (b) Parnamirim - RN.
3.6 - Medidas das variáveis meteorológicas
As medições da Temperatura, Umidade, Velocidade do Vento, Ponto de Orvalho,
Velocidade e Direção do Vento, Radiação Solar, Espectro UV foram realizadas através de
duas estações meteorológicas portáveis, modelo VANTAGE PRO 2 da DAVIS INC. A
transmissão sem fio da estação ao console é de 300 m e a fonte de energia é através de um
painel solar, abaixo Figura 16, estação sendo fixada na estrutura em Apodí-RN durante o
período seco.
Figura 15 – Instalação da Estação Vantage PRO 2.
48
As estações modelo foram montadas no INPE (Instituto Nacional de Pesquisas
Espaciais) locado na UFRN a fim de se testar sua confiabilidade antes da campanha de
coletas. O registro dos dados foi realizado de forma automática a cada hora. As variáveis
meteorológicas que foram utilizadas, e seus respectivos períodos de obtenção estão
apresentados na Tabela 05.
Tabela 05 - Instrumentos utilizados e variáveis medidas durante o período de estudo.
INSTRUMENTO VARIÁVEL PERÍOD
O
Estação
Meteorológica VANTAGE
PRO 2
Temperatura do ar (ºC)
Umidade relativa (%)
Velocidade do vento (m/s)
Direção do vento (º)
Pressão Atmosférica (mb)
Radiação Solar (W/m2)
Espectro UV (W/m2)
Chuva (mm)
Seco
Apodí
15 á 19
/11/2013
Seco
Parnamirim
11 á
16/12/2013
Chuvoso
Apodí
03 á
08/04/2014
AlphaGuard Concentração de Radônio
(Bq/m3)
AlphaLab Íons Atmosféricos
(íons/m3)
3.7 - Análises da estabilidade estática da baixa troposfera
De acordo com estudos de Seinfield e Pandis, (2000), a classificação da estabilidade
atmosférica é necessária não só para quantificar a capacidade de dispersão da atmosfera
ambiente, como também serve para nos mostrar algumas classificações que serão usadas
49
como rotinas nos Modelos de Qualidade do Ar (MQAr) bem como nos modelos
convencionais gaussianos.
Existem vários tipos de classificação, que são baseadas na disponibilidade de
parâmetros e variáveis meteorológicas, e na avaliação de processos atmosféricos que ocorrem
na baixa atmosfera, em particular na Camada Limite Atmosférica (CLA). O número de
Richardson (Ri) é usado como um parâmetro que permite identificar a condição de
instabilidade estática da atmosfera. Para o cálculo deste parâmetro faz-se necessário medidas
de Temperatura, Umidade Relativa do ar, Velocidade do vento e Pressão atmosférica em dois
níveis verticais. Portanto, ele foi determinado para os experimentos realizados em Apodi.
A instabilidade térmica gera turbulência, enquanto a estabilidade térmica tende a
destruí-la. Já em relação à estabilidade mecânica, uma forma de relacioná-la com a
turbulência é pensar na produção desta pelo escoamento: "Escoamentos instáveis tornam-se
ou permanecem turbulentos. Escoamentos estáveis tornam-se ou permanecem laminares"
(Stull, 1988). Portanto, para a investigação do escoamento, analisam-se o saldo líquido dos
fatores que contribuem para produzir ou destruir turbulência, fatores estes que podem ser
interpretados como os termos da equação do saldo de energia cinética térmica. Existem
muitos deles, como número de Reynolds, número de Rossby, comprimento de Obukhov e o
número de Richardson para a análise de estabilidade. Lembrando que a CLA pode ser
estaticamente estável, neutra ou instável, dependendo da convecção e da flutuabilidade do ar.
Estabilidade neutra exige, além de uma taxa de variação vertical de temperatura adiabática,
que não haja convecção (STULL, 1988).
Segundo Arya (1999) uma das formas de se classificar a estabilidade estática é usando
o gradiente de temperatura potencial virtual. Sendo assim, o número de Richardson é uma
medida da razão entre a energia cinética turbulenta produzida pelo mecanismo de
flutuabilidade (variação de temperatura e umidade do ar) e pela turbulência gerada em função
do cisalhamento vertical do vento. Assim, o número de Richardson Gradiente (Rg) é definido
por:
(Eq.02)
50
Para a equação acima existe um valor de Ri crítico, Ric, em que o escoamento laminar
torna-se turbulento quando Ri < Ric. A partir de experimentos, costuma-se trabalhar com Ric
entre 0.21 a 0.25. Devido à existência de uma histerese, no entanto, para o escoamento
turbulento se tornar laminar, Ri deve ser maior que RiT , em que considera-se RiT = 1.
Contudo, esta equação também possui uma ressalva. Os dados meteorológicos para o perfil
atmosférico, geralmente por meio de radiossondas, possuem dados pontuais e não contínuos.
Nestas condições, quando (u/ z) é muito pequeno, Rg pode assumir valores
extremamente elevados e perde parte de sua utilidade como parâmetro indicador das
condições de estabilidade atmosférica, pois uma pequena variação no gradiente vertical do
vento (u) pode determinar uma drástica alteração no valor de Rg. Por esta razão, muitas vezes
é utilizado o número de Richardson de volume (Bulk), RiB o qual é possível de ser
determinado através de medidas discretas de temperatura e velocidade do vento (Stull, 1988).
(Eq.03)
Em que é a aceleração devido à força de atração gravitacional;
É a variação da temperatura média potencial virtual em Kelvin, obtida através:
(Eq.04)
Onde a Tv é a Temperatura Virtual, obtida por:
= T(1+0,61*q) em (K) e q a razão de mistura dada por: (Eq.05)
q= 0,622* es *1000 / P - es e es a pressão de saturação de vapor (Eq.06)
(Eq.07)
= 5,0 m é a variação da altura entre as duas medidas feitas em Apodi;
51
e são as variações verticais das componentes zonal e meridional do vento,
respectivamente, obtidas por:
(Eq.08)
(Eq.09)
Baseado na literatura os limiares aqui apresentados para a classificação da estabilidade
atmosférica serão os mesmos adotado por Weller et al. (2014), em estudos sobre a
variabilidade das concentrações de atividade Rn-222 atmosféricos medidos na Antarctica,
Quadro 01.
Quadro 01: Categorização do Número de Richardson Bulk
RiB<0 RiB=0 RiB>0
CLA Instável CLA Neutra CLA Estável
Fonte: Modificada de Weller et al. 2014
De acordo com Silva et al (2015), considerando que durante o período seco a camada
limite em Apodí-RN apresentou-se mais quente e seca em relação ao período chuvoso,
apoiado por uma análise em termos de estabilidade na localidade aqui estudada, avaliaremos
pelo maior número de Richardson Bulk, definido como camada mais turbulenta para RiB <0
(Instável) em comparação com as condições de fluxo laminar para RiB> 0 (Estável).
A estabilidade atmosférica em Apodí-RN, foi projetada na forma de histograma de
frequência relativa.
3.8 - Análises Estatísticas
A aplicação de técnicas estatísticas a dados meteorológicos tem a vantagem de
compactar o enorme volume de dados, medidos, por exemplo, em uma estação, em uma
simples tabela ou uma equação, capaz de sumariar todas as informações de modo a facilitar as
inferências sobre os dados (ASSIS et al, 1996).
52
Para a análise dos dados aqui apresentados, procedeu-se a uma análise descritiva das
variáveis estudadas e com o propósito de avaliar a possível correlação entre as concentrações
de Rn-222 e as variáveis meteorológicas utilizamos o modelo de Regressão Linear Múltipla.
Antes de aplicar o modelo de regressão a análise de componentes principais (ACP) foi
utilizada para transformar o grupo de variáveis correlacionadas aqui apresentado em variáveis
independentes, denominadas componentes principal. Na ACP, combinações lineares das
variáveis são formadas. A primeira componente principal é a combinação que explica a maior
contribuição para a variância na amostra. A segunda componente principal explica a segunda
maior contribuição para a variância, sem estar correlacionada com a primeira. Sucessivas
componentes explicam porções progressivamente menores da variância da amostra total, sem
apresentar correlação com as componentes anteriores (HAIR Jr et al., 2005).
A análise de regressão é uma importante técnica estatística, que tem sido utilizada em
aplicações de diversas áreas e é adequada quando se deseja estudar o comportamento de uma
variável resposta em relação a outras (explicativas) que são responsáveis pela sua
variabilidade (AZEVEDO, 1997). Sua base estatística vem da regressão linear simples, que se
restringe a duas variáveis e a apenas uma equação funcional do primeiro grau (Y = a + bX). A
análise de regressão linear múltipla é uma metodologia estatística de previsão de valores de
uma ou mais variáveis de resposta (Dependentes) através de um conjunto de variáveis
explicativas (Independentes).
Esta metodologia pode ser utilizada também para a avaliação dos efeitos das variáveis
explicativas como previsoras das variáveis de resposta; isto é, serve para contribuir na
obtenção de respostas a perguntas do tipo “Qual é o melhor estimador para ... ?”. Sua
aplicação é especialmente importante, pois permite que se estime o valor de uma variável com
base num conjunto de outras variáveis. Quanto mais significativo for o peso de uma variável
isolada, ou de um conjunto de variáveis explicativas, tanto mais se poderá afirmar que alguns
fatores afetam mais o comportamento de uma variável de resposta especificamente procurada,
do que outros (JOHNSON,1992).
Segundo Wilks (2006) a definição matemática do modelo de regressão múltipla incide
de uma função linear:
Y = ß0 + ß1X1 + ß2X2 + ... + ßbkXk+ ε (Eq. 10)
Em que Y é a variável dependente; ß0 corresponde a um coeficiente técnico fixo, a um
valor de base a partir do qual começa Y;
53
ßk corresponde aos coeficientes técnicos atrelados às Variáveis Independentes;
Xk as Variáveis Independentes e ε é o erro aleatório.
Para o caso aqui apresentado, teremos que: xi1, xi2,..., xiKsão os dados horários das
concentrações de Rn-222; ß0, ß1, ß2, ..., ßK são parâmetros ou coeficientes da regressão
(variáveis meteorológicas) ; ε são os erros aleatórios.
Assim como na regressão linear simples, as suposições do modelo descritas precisam
ser aferidas para que os resultados obtidos realmente sejam válidos. Para esse fim, é realizada
a análise dos resíduos em que é validado um conjunto de técnicas para investigar a
adequabilidade do modelo. Além disso, quando estamos lidando com mais de uma variável
preditora, precisamos diagnosticar se há colinearidade ou multicolinearidade entre elas.
Para um modelo de regressão linear múltiplo alguns pressupostos devem ser
satisfeitos:
A média dos erros deve ser zero (E[ε i] = 0);
Os erros devem apresentar independência (Var[ε i] = σ², i=1,...,n);
Os erros devem apresentar uma distribuição normal padrão (ε i ~ N(0,
σ²), i=1,...,n).
O Software estatístico R foi usado em todo o processo citado acima (R Core
Team, 2014) assim como nas funções sequenciais para a verificação da qualidade do ajuste do
modelo onde foi usado o critério de inclusão ou exclusão de uma variável independente em
cada passo baseado no Critério de Informação de Akaike (AIC), que é um método de
avaliação geral da qualidade do ajuste de modelos. Assim, para uma regressão linear múltipla
baseada em k variáveis preditora, o AIC é definido por:
(Eq.11)
Em que n é número de observações; SQRE é a soma dos quadrados dos resíduos.
54
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO
Para um melhor entendimento esta secção discutirá os resultados obtidos com base nas
variáveis observadas e suas análises estatísticas descritivas e do modelo de regressão linear
multipla das medidas em cada bioma e período estudado.
4.1 - Apodí (Período Seco e Chuvoso)
A priori realizou-se uma análise descritiva dos dados de concentrações de Rn-222 e
variáveis meteorológicas. Na Tabela 06 são apresentadas as análises da estatística descritiva
das variáveis meteorológicas coletadas nos dois períodos, seco e chuvoso. Verifica-se que o
período seco é caracterizado por apresentar maiores temperaturas, velocidade do vento e
radiação solar global e baixa umidade relativa do ar.
Tabela 06 – Estatísticas descritivas para as variáveis meteorológicas, na Caatinga, em
Apodí-RN, nos dois períodos estudados.
Variáveis Período Média Mediana Desvio
Padrão
Máximo Mínimo
Tar (ºC) Seco
Chuvoso
28,96
28,44
28,20
27,50
3,71
3,12
36,10
34,00
22,90
24,60
UR (%) Seco
Chuvoso
53,60
79,66
55,50
77,50
12,74
13,93
74,50
91,50
29,00
52,50
VV (m/s) Seco
Chuvoso
2,00
0,70
2,00
0,70
0,86
0,59
3,80
2,50
0,00
0,00
Rg (W/m2) Seco
Chuvoso
420,58
360,00
17,50
31,00
289,21
313,84
984,00
1202,00
2,00
1,00
Nos dias com maior disponibilidade de energia solar na região, a temperatura máxima
diária chegou a ultrapassar 36,00ºC e 34,00ºC, o que está associado à incidência de radiação
solar média de aproximadamente 420 W/m2
e 360 W/m2 no período seco e chuvoso
respectivamente (Tabela 06). Destacando-se que a média da radiação solar durante o período
55
seco foi maior e apresentou um menor desvio padrão devido à menor ocorrência de
nebulosidade.
Os maiores valores de umidade relativa foram registrados no período chuvoso, com
destaque para as primeiras horas da manhã. Verificou-se que no período chuvoso a
precipitação registrada de 60, 50 e 20 mm durante dois dias aumentou a umidade relativa
média para aproximadamente 79% durante todo o período. Em contraste, o período seco
apresentou menor valor de umidade relativa média, não ultrapassando a média de 53%.
Áreas com ventos mais fortes, como observado em Apodí com média de 2,00 m/s e
máximos de 3,80 m/s no período seco têm uma maior perturbação associada à diminuição na
estabilidade atmosférica. As condições de estabilidade atmosférica têm forte influência na
dispersão dos gases e poluentes e isso pode ser observado em nossas medidas com um
acumulo ou dispersão de Rn-222 em algumas horas do dia como veremos mais adiante.
Condições mais instáveis são caracterizadas por altos níveis de turbulência e observa-se
intensa dispersão dos gases na atmosfera. Em condições estáveis, os níveis de energia cinética
turbulenta são muito menores e a dispersão é suprimida, ocasionando altos níveis de
concentração de Rn-222, como mencionado por STULL (1988).
Em relação à direção do vento, a região foi influenciada pelos ventos alísios que nessa
região apresentam direções predominantes de leste-sudeste (ESE) e sudeste (SE), resultado
semelhante foi observado por Silva et al, (2015) na mesma localidade.
A
B
56
Figura 16 – Distribuição das variáveis meteorológicas no período seco em Apodí-RN:
(a) Temperatura do ar (ºC), (b) Umidade relativa (%), (c) velocidade do vento (m/s), (d)
Radiação solar global (W/m2).
B
A
C
D
57
Figura 17 – Distribuição das variáveis meteorológicas no período chuvoso em Apodí-
RN: (a) Temperatura do ar (º C), (b) Umidade relativa (%), (c) velocidade do vento (m/s), (d)
Radiação solar global (W/m2).
4.1.2 - Ciclo diurno
Na Figura 18a, 18b, 18c e 18d são apresentados o ciclo diurno das variáveis
meteorológicas coletadas para ambos os períodos. A temperatura mínima foi registrada às
05:00 HL no período seco e em torno de 06:00 HL no chuvoso, a umidade relativa do ar no
período seco foi sempre menor em comparação ao período chuvoso, apresentando um
máximo secundário no início da noite, fato que não foi observado no período chuvoso.
A velocidade do vento à superfície apresentou uma evolução horária com valores mais
elevados de 3,8 m/s entre 19:00 HL e 24:00 HL e ventos mais calmos entre 00:00 HL e 06:00
HL no período chuvoso. Além disso, durante o período do dia, o vento atingiu máximos
secundários em torno de 2,50 m/s. Silva et al 2015 verificaram no período seco mudanças
mais acentuadas na direção do vento no final da tarde e antes do pôr do sol, podendo estar
associada a dinâmica de ventos locais controladas pela orografia da chapada do Apodi.
D
C
58
Figura 18 - Comportamento diurno das variáveis meteorológicas no período seco e
chuvoso em Apodí-RN. (a) temperatura do ar, (b) umidade relativa, (c) velocidade do vento e
(d) radiação solar global.
C
D
A
B
59
4.1.3 - Medições de Radiação Gama e de Radônio
A distribuição da radiação superficial Gama total, atividades equivalente de U, Th, K e
da respectiva dose de radiação na área de estudo obtidos por espectrometria da radiação gama
medida por cristal BGO, são mostrados na Figura 19. Os dados demonstram que cerca de
75% das amostras de resíduos apresentaram concentrações de U, Th e K dentro da faixa
normal de concentração em solos (UNSCEAR, 2000). Cerca de 97% dos pontos amostrados
emitem uma dose de radiação inferior a média da crosta terrestre (55 nGy/h).
A
B
60
Fig. 19 - Mapas da distribuição espacial da (a) Radiação Gama (cpm ), (b) Urânio
(ppm), (c) Potássio (%), (d) Tório (ppm) e (e) Dose (nGy/h) e da emitida, na área estudada em
Apodí-Rn.
C
D
E
61
Fig. 19 - Continuação
Apresenta-se na Figura 20 o ciclo diurno das concentrações de Rn-222 durante o
período seco (16/11/2013) e chuvoso (06/04/2014) respectivamente. Verifica-se um ciclo
relativamente semelhante, com valores máximos em torno de 25,00 Bq/m3 (seco) e 16,00
Bq/m3 (chuvoso) nas primeiras horas da manhã e mínimos 4,00 Bq/m
3 (seco) e 3,00 Bq/m
3
(chuvoso). Grasty & Minty (1995) encontraram resultado semelhante uma vez que as
concentrações máximas de Rn-222 foram observadas nas primeiras horas da manhã e nas
estações outono-inverno. Valores maiores no período seco estão associados a valores mais
altos de temperatura do ar e menor umidade relativa do ar, uma vez que por ser solúvel água
as concentrações de Rn-222 no período chuvoso tende a ser menor.
Figura 20 - Comportamento diurno de Rn-222 observado na Caatinga, durante o
período seco e chuvoso em Apodí-RN.
Embora a precipitação diminua a exalação do Rn-222, uma relação negativa seria
esperada como encontrado por (Takeyasu et al., 2006) porém, a falta de precipitação durante
o período seco não forneceu dados suficiente para uma análise mais robusta da presente
variável, em contra partida no período chuvoso alguns episódios de precipitação foram
observados. Uma diminuição da exalação do Rn-222, também foi observado nesse período,
pois este ficou dissolvido na água contida nos solos.
62
Mesmo apresentando um ciclo diurno bem definido a concentração de Rn-222
apresentou-se durante todo o período de observação com valores máximos em horários
diferentes, com uma média de 12,13 Bq/m3 e 10,19 Bq/m
3, desvio padrão 5,51 e 3,96 Bq/m
3
como mostra a Tabela 07 para ambos os períodos.
Tabela 07 - Estatística descritiva para o Rn-222 na Caatinga, em Apodí-RN, nos dois
períodos estudados.
Tabela Rn-222
Período Seco e Chuvoso
Média Mediana DP Máx. Mín.
Seco 12,13 12,04 5,51 29,38 1,45
Chuvoso 10,19 10,13 3,96 24,00 3,78
De forma geral, percebemos que quando comparado com dados da velocidade do
vento a concentração de Rn-222 apresenta um comportamento inverso na maioria do tempo.
Com um mínimo acentuado por volta das 06:00 HL podendo estar associado a turbulência
gerada pelo cisalhamento do vento Figuras 21a e 21b. Harley (2000) em seu estudo verificou
que a turbulência devido ao aquecimento solar durante o dia causa grande difusão turbulenta
na atmosfera que pode diluir Rn-222 que emana do solo, além disso, a nível local, há boas
evidências que sugerem que a concentração de Rn-222 na atmosfera segue uma tendência
diurna, como observamos nos gráficos para ambos os períodos estudados em Apodí - RN. As
variações diurnas dos níveis de Rn-222 derivados de observações na Índia por
Chandrashekara et al. (2006) e na Amazônia por Martens et al. (2004), ambos demostraram
que o pico da concentração de Rn-222 ocorre na parte da manhã, logo ao nascer do sol. Foi
demostrado por Jayaratne et al. (2011) um significativo aumento da liberação de Rn-222 a
partir da vegetação durante os períodos de pico de transpiração, ocorrendo normalmente perto
do meio-dia.
63
Figura 21 - Comportamento diurno observado na Caatinga no período seco (a) e
chuvoso (b) em Apodí-Rn, linhas pretas concentração de Rn-222 (Bqm-3
) e linhas cinzas
velocidade do vento (m/s).
Ao analisarmos a variação diurna do RiB em relação a concentração de Rn-222 termo a
termo da equação, verificamos que durante a madrugada e primeiras horas do dia o termo
A
B
64
térmico ou Acréscimo de Buyoancy domina o valor das concentrações de Rn-222 Figura 22a,
deixando o mesmo depositado próximo ao solo em decorrência de uma camada tendendo a
estabilidade, essa modulação é mais comum durante a noite e inicio da manhã.
O termo mecânico ou Shear predomina durante o decorrer do dia, caracterizando uma
atmosfera mais instável com valores mais elevados de exalação do gás para a atmosfera. Essa
modulação também foi observada no período chuvoso, Figura 22b, porem com um período de
estabilidade maior durante a manhã, uma vez que a temperatura do ar começa a se elevar um
pouco mais tarde em decorrência de nebulosidade maior nesse período.
65
Figura 22 - Comportamento diurno observado na Caatinga no período seco (a), com o Acréscimo de Buyoancy no numerador e Shear no denominador
e chuvoso (b), com Acréscimo de Buyoancy no numerador e Shear no denominador em Apodí-RN, linhas cinzas concentração de Rn-222 (Bq/m3) e linhas
pretas Número de Richardson Bulk (RiB), Acréscimo de Buyoancy e Shear respectivamente.
Inst.
A
66
Figura 22 - Continuação
B
67
Após o nascer do Sol, a atmosfera é aquecida pelo fluxo de calor turbulento a partir da
superfície e a camada de inversão formada durante a noite, devido à perda superficial de
radiação, é destruída. A nova camada é bastante turbulenta, bem misturada é a chamada
camada limite convectiva (Foken, 2008). De acordo com Silva et al, 2015 a diferença entre as
variáveis medidas á superfície as propriedades da camada limite convectiva nas duas estações
foram diferentes, durante a estação seca a camada limite convectiva foi mais quente e seca
quando comparada com o período chuvoso em Apodí-RN, explicada pela diferenças nos
valores da radiação solar e direção do vento, principalmente pela ocorrência de precipitação
no período chuvoso que ocasionou uma maior disponibilidade de vapor d’água á superfície
associada com a diminuição da velocidade do vento nesse período.
Tabela 08 - Estatística descritiva para o Número de Richardson Bulk, nos dois
períodos estudados.
Tabela Richardson Bulk (RiB)
Período Seco e Chuvoso
Média Mediana DP Máx. Mín.
Seco -0,05 -0,03 0,05 0,03 -0,24
Chuvoso -0,11 -0,05 0,16 0,01 -0,86
A partir das avaliações diárias podemos verificar que nas primeiras horas da manhã os
valores assemelham-se em ambos os períodos, oscilando em torno de valores médios de -0,05
no período seco e -0,11 no chuvoso Tabela 08, e a presença de RiB pequeno são de ocorrência
de uma possível turbulência acima da camada de inversão podendo estar associada com
estratificação fraca, provavelmente restante da mistura convectiva do dia anterior, conforme
descrito por Sá et al. (2006). Porém, a partir desse ponto verificamos que, com o aumento do
número de RiB, ocorre geralmente aumento da atividade turbulenta e consequentemente uma
diminuição na concentração de Rn-222. Como encontrado Collaud et al., 2014; Sesana et al,
2006, mostraram que no meio da tarde quando a camada de mistura é geralmente mais
profunda, as concentrações de Rn- 222 refletem a influência ponderada na maioria das
variáveis apresentadas. Depois do pôr do sol, no entanto, na ausência de nuvens baixas ou
ventos fortes, uma camada de inversão começa a se formar a partir do zero, como resultado da
crescente estratificação térmica (a camada limite noturna estável) e Stull (1988) enfatizou que
68
os poluentes emitidos na camada estável se dispersam muito pouco na vertical, ocasionando
um maior nível de dispersão na direção horizontal. Com isso, os mesmos ficam retidos nos
níveis mais baixos, sendo liberados para níveis maiores somente após o amanhecer Figuras
22a e 22b.
Na Figura 23 apresentamos evidencias da classificação da estabilidade atmosférica em
decorrência do comportamento do RiB, durante o período seco, observamos um padrão mais
estável durante a noite e nas primeiras horas da manhã, seguido de instabilidade durante o
período de maior disponibilidade de energia solar e consequentemente maior temperatura do
ar, deixando a atmosfera em questão mais perturbada com baixos valores de RiB. O mesmo
padrão foi observado no período chuvoso, porém em valores mais próximos da estabilidade a
não ser pelo segundo pico observado durante o final da tarde e inicio da noite em Apodi,
podendo estar associado a um evento de precipitação no local.
Figura 23 - Comportamento diurno observado na Caatinga para o número de
Richardson Bulk (RiB) padronizado, durante o período seco e chuvoso, respectivamente em
Apodí-RN.
69
A avaliação da estabilidade atmosférica em Apodí-Rn em ambos os períodos pelo RiB
mostrou que a condição instável prevaleceu em comparação às demais Figura 24, sendo as
frequências: de 12% (seco) e 0% (chuvoso) (estável), seguida de 88% (seco) e 100%
(chuvoso) (instável) e 0% (neutra) para ambos os períodos. Uma frequência de estabilidade
nos remete ao impedimento de movimentos atmosféricos verticais de partículas do ar,
acarretando geralmente em uma maior concentração de Rn-222 no período seco, como foram
observados nos gráficos acima. Chambers et al., (2009, 2011) em seus estudos verificou que,
uma vez exalado para a atmosfera, a variabilidade espacial e temporal do Rn-222 está sujeito
às condições atmosféricas, favorecendo o seu transporte e/ou dispersão. Todos estes processos
são largamente dominados pela direção, velocidade do vento bem como da profundidade da
camada limite atmosférica e da determinação da concentração de Rn-222 medida,
corroborando com os resultados encontrados nesta pesquisa.
Figura 24 - Frequência (%) total da classificação da atmosfera em Apodí-RN, a partir
do número de Richardson Bulk para ambos os períodos.
Como mostrado por Chen et al. (2016) O Radônio é um valioso marcador de
ocorrência natural para o estudo de processos de mistura de camada limite e padrões de
transporte, especialmente quando a camada de mistura está totalmente desenvolvida. No
entanto, informações complementares, são necessárias para compreender a variabilidade da
concentração de Radônio atmosférico, pois é de grande necessidade para se interpretar de
forma realista a evolução das massas de ar ou camada limite planetária.
70
4.1.4 - Medições de Radônio e Íons atmosféricos
As medições das concentrações de íons atmosféricos em Apodí - RN mostraram um
ciclo diurno semelhante ao do Rn-222, com uma ascensão nas primeiras horas da manhã,
seguido por um máximo secundário durante tarde Figuras 25a e 25b. Os valores máximos as
06:00 HL e mínimo próximo as 14:00 HL registrados em Apodi está de acordo com outros
estudos sobre a variação diurna de íons (Hirsikko, A. et al 2007; Retalis, A. et al 2009;
Kolarz, P. M. et al 2009). Outro estudo (Jayrantne, et al. 2011) em uma floresta boreal
mostrou que a taxa de produção de íons, estimada a partir da concentração de Rn-222 e
radiação externa, foi mínima próximo ao meio dia e depois aumentaram durante tarde.
Nossos resultados para ambos os períodos em Apodí também foram observadas altas
concentrações noturnas de íons atmosféricos, onde podemos inferir de forma análoga que tais
aumentos podem ser atribuídos ao acúmulo de Rn-222 próximo a superfície do solo sob
condições atmosféricas estáveis, deixando evidente que os íons são afetados por uma série de
condições e variam entre diferentes locais do ambiente. Como encontrado por Hõrrak et al.
(2000) que monitoraram íons de ar em uma área rural pouco povoada, localizada na Estónia,
verificaram que tanto a mobilidade média e a concentração total de íons mostram uma
variação diurna pequena, porém de uma forma de onda única, com um máximo na noite e um
mínimo na parte da tarde.
71
Figura 25 - Concentração de Rn-222 (Bqm-3
) e íons atmosféricos total (Íons/cm3) no
período seco (a) e chuvoso (b) em Apodí-RN.
A
B
72
4.1.5 - Modelo de regressão múltipla
Para analisar o comportamento do Rn-222 com relação as variáveis meteorológicas,
fez-se uma análise de regressão múltipla via análise de componentes principais para cada
local de coleta, considerando as concentrações de Rn-222 como variável dependente e os
elementos meteorológicos como variáveis independentes.
A Tabela 09 apresenta o resultado da análise de regressão múltipla para os locais
estudados. A variação da variável dependente Rn-222 tem uma explicação de 80% pelas
variáveis incluídas no modelo. Através do coeficiente padronizado (β) beta, pôde-se comparar
o peso de cada coeficiente no modelo de regressão. Das quatro variáveis introduzidas no
modelo as que apresentaram maiores contribuições foram: a umidade relativa, com relação
positiva, a temperatura média diária, com relação positiva, e a direção do vento, com relação
negativa. Contribuem, também, a radiação global, com relação negativa.
Tabela 09 - Análise de regressão múltipla para as concentrações de Rn-222,
observadas na Caatinga, no período seco em Apodí-RN.
Variáveis Coef. Estimados Std. Erro P-valor
Tair_Seco_A 0,2470 0,1102 0.02829*
UR_Seco_A 0,1292 0,0380 0.00113*
VV_Seco_A -0,4012 0,9829 0,68436
Rg_Seco_A -0,0052 0,0024 0.03510*
* Nível de Significância: 5%
A segunda coleta para o período chuvoso está apresentado na Tabela 10 e os
resultados da análise de regressão múltipla para este período corresponderam a um
ajustamento em que a variação da variável dependente Rn-222 tem uma explicação de 91%,
pelas variáveis incluídas no modelo. Destas, as que apresentaram maiores contribuições,
verificadas pelo coeficiente β, foi: a umidade relativa com relação positiva. Tiveram
contribuições, também, a direção do vento e temperatura média do ar com relação negativa, e
a radiação global com relação positiva.
73
Tabela 10 - Análise de regressão múltipla para as concentrações de Rn-222,
observadas na Caatinga, no período chuvoso em Apodí-Rn.
Variáveis Coef. Estimados Std. Erro P-valor
Tair_Chv_A -0.0163311 0.0679108 0.811
UR_ Chv _A 0.1453103 0.0215372 1.37e-09 ***
VV_ Chv _A -0.7224855 0.5899453 0.224
Rg_ Chv_A 0.0004962 0.0015133 0.744
* Nível de Significância: 5%
Esses resultados corroboram com alguns estudos como o de Sales (2007) que em sua
pesquisa indicou que os principais fatores que podem influenciar nas concentrações de alguns
gases e poluentes são: a velocidade do vento e a estabilidade atmosférica.
4.2. Parnamirim-RN (Seco)
Na Tabela 11 são apresentados os valores encontrados para as concentrações de Rn-
222, bem como para as variáveis meteorológicas. A temperatura máxima e mínima no período
de estudo foi de 33,4°C e 23,2ºC respectivamente, sendo observado também, que os valores
médios diurnos são coerentes com a diminuição da radiação solar e a presença de
nebulosidade. Nos dias com maior disponibilidade solar na região, a temperatura média diária
chega a ultrapassar 35,0ºC, o que está associado à incidência de radiação solar média diária de
aproximadamente 320 W/m2 (Tabela 09). Os valores máximos e mínimos de umidade relativa
registrado no período foram de 89,5% e 52,5%, conforme mostra a Figura 05b, com destaque
para os horários entre 01:00 HL e 11:00 HL.
74
Tabela 11 – Estatística descritiva para o Rn-222 e variáveis meteorológicas, na Mata
Atlântica Dunar em Parnamirim-RN, no período estudado.
Variáveis Período
Seco
Média Mediana Desvio
Padrão
Máximo Mínimo
Tair (ºC) 27,62 26.35 2,22 33,40 23,20
UR (%) 78,03 78.00 7,68 89,50 52,50
VV (m/s) 0,70 1.000 0,52 2,50 0,00
Rg (W/m2) 319,01 4.775 360,00 1055,00 0,51
Para uma melhor visualização as varáveis medidas do período foram agrupadas,
verifica-se que a variação da umidade relativa, velocidade e direção do vento foram fatores
preponderantes para a dispersão e acúmulo do Rn-222 na atmosfera local, como visualizado
também em Apodí-Rn. Através da Figura 25d nota-se que a velocidade do vento apresenta um
comportamento inverso na maioria do tempo em relação à concentração de Rn-222. Com um
pico acentuado do Rn-222 por volta das 05:00 HL onde também fica evidente a questão da
turbulência gerada pelo cisalhamento do vento faz com que uma menor exalação do gás para a
superfície. No que se refere ao aumento ou diminuição na concentração de Rn-222 na região
de estudo, foi evidenciado uma variação distinta entre os períodos diurno e noturno. No
período de maior disponibilidade de energia solar (12:00 HL às 16:00 HL) a maior quantidade
de radiação incidente observada em Parnamirim foi de 1055 W/m2 às 12:00 HL do dia
16/11/2013 implicando em uma maior insolação, maior temperatura e menor umidade
relativa, favorecendo concentrações mais elevadas do Rn-222 como podemos verificar nas
Figuras 26a, 26b e 26c.
75
Figura 26 - Distribuição das variáveis meteorológicas durante o período seco, em
Parnamirim-RN. a) Temperatura do ar (ºC), b) Umidade relativa (%), c) Velocidade do vento
(m/s2) e d) Radiação solar global (W/m
2).
A
B
76
Figura 26 – Continuação.
C
D
77
4.2.1. Ciclo diurno
As maiores velocidades registradas foram no horário entre 09:00 HL e 14:00 HL. Os
maiores picos de velocidade do vento ocorrem no período da manhã (2 m/s ) e início da tarde
(2,5 m/s ), o que pode ter como causa as mudanças de temperatura, uma vez que durante a
madrugada devido à ausência de radiação solar a temperatura tende a ter pouca variação. No
entanto, durante a manhã com uma maior incidência solar este equilíbrio é quebrado,
favorecendo ao aumento de turbulência na atmosfera e ao aumento da velocidade do vento e
como consequência temos menores valores de concentração tanto de íons atmosfericos como
de Rn-222, Figura 27. Na análise do ciclo diurno das variáveis meteorológicas observou-se
que a temperatura do ar, umidade relativa do ar, velocidade do vento são relacionadas entre si
na evolução do ciclo diurno. De modo que a temperatura do ar e a umidade apresentaram
comportamento inverso, e a velocidade do vento apresentaram os maiores valores nos
horários de maior temperatura do ar e menor umidade.
Figura 27 - Comportamento diurno da velocidade do vento (m/s), temperatura do ar e
umidade relativa (%) em Parnamirim-RN.
Analisando as figuras acima fica evidente a dependência direta entre temperatura do
ar, velocidade do vento e as concentrações de Rn-222.
78
4.2.2. Medições de Radiação Gama e de Radônio
A distribuição da radiação superficial Gama total, atividades equivalente de U, Th, K e
da respectiva dose de radiação para o sito de Parnamirim são mostrados na Figura 28, bem
como mostradas para Apodí. Os dados também demonstram que cerca de 97% dos pontos
amostrados emitem uma dose de radiação inferior a média da crosta terrestre (55 nGy/h).
Figura 28 - Mapas da distribuição espacial da (a) Radiação Gama (cpm ), (b) Urânio
(ppm), (c) Potássio (%), (d) Tório (ppm) e (e) Dose (nGy/h) e da emitida, na área estudada em
Parnamirim-Rn.
A
A
79
Figura 28 – Continuação.
As medições das concentrações de íons atmosféricos em Parnamirim - RN, mostraram
um ciclo diurno semelhante ao do Rn-222, com um máximo nas primeiras horas da manhã
B C
D E
80
1,12 íons/cm3 positivo e 1,23 íons/cm
3 negativo, observado durante as primeiras horas do dia,
seguido por um máximo secundário durante a noite por volta das 20:00 HL, Figura 29.
Valores máximos as 06:00 HL e mínimo próximo as 17:00 HL 0,78 íons/cm3 e 0,88 íons/cm
3
positivo e negativos respectivamente, está de acordo com outros estudos sobre a variação
diurna de íons, como observado por Hirsikko, et al 2007; Retalis. et al 2009; Kolarz. et al
2009. Outro estudo em uma floresta boreal mostrou que a taxa de produção de íons, estimada
a partir da concentração de Rn-222 e radiação externa, foi mínima próximo ao meio dia e
depois aumentaram durante tarde. Estes últimos autores sugeriram que concentrações de
aglomerados de íons excepcionalmente altas foram devido a uma forte exalação de Radônio
vindo dos solos em torno da floresta, mas não puderam confirmar categoricamente esta causa,
devida a pouca informação sobre as concentrações de Radônio na atmosfera florestal
(JAYARATNE et al, 2011).
Figura 29 - Comportamento diurno de Rn-222 e íons atmosféricos observado na mata
atlântica Dunar, durante o período seco em Parnamirim-RN.
81
4.2.3 - Análise entre Biomas durante o período seco (Apodí x Parnamirim)
As concentrações de Rn-222 entre os dois biomas tiveram valores mais baixos na mata
atlântica do que na Caatinga, podendo estar associado a cobertura do solo e vegetação bem
distinta entre as regiões, pois influenciam diretamente nas variações da temperatura do ar,
umidade relativa e na velocidade do vento, estudos como o de Jayrantne (2011), sugere que
por ser solúvel em água o Rn-222 é levado por árvores e plantas através da captação das águas
subterrâneas e liberado na atmosfera pela transpiração. Em regiões mais quentes como
apresentado em Apodí, caracterizada com temperaturas mais elevadas e disponibilidade de
energia durante o dia uma maior turbulência é esperada com relação ao aquecimento do ar o
que nos leva as maiores concentrações observadas Figura 30. Por ser mais denso que o ar,
esse padrão se inverte uma vez que em atmosfera mais estável (noite, primeiras horas da
manhã) as concentrações tendem a se acumular junto ao solo, como já analisadas no ciclo
diurno individualmente, corroborando com o estudo de Harley, (2000).
Figura 30 - Comportamento da concentração de Rn-222 (Bq/m2) observado na
Caatinga e Mata atlântica Dunar, durante o período seco em Apodí-RN e Parnamirim-RN,
respectivamente.
De forma análoga as medições das concentrações de íons atmosféricos em Apodí e
Parnamirim, mostraram uma tendência diurna semelhante à do Rn-222, o pico dos íons
positivos vem logo após, uma vez que ele esta diretamente ligado a desintegração do Rn-222
Figura 31 e 31b, e em seguida dos íons negativos. Com um máximo nas primeiras horas da
manhã, pelo menos durante o meio do dia, seguido por um máximo secundário durante tarde
82
Figura 32a e 32b, inerente à disponibilidade de energia intensa, dois outros estudos também
relataram o mesmo fenômeno Jha et al, (2006) na Índia e Sannappa et al, (1999) em Mysore.
Valores máximos as 06:00 HL e mínimo próximo as 14:00 HL, estão de acordo também com
outros estudos sobre a variação diurna de íons, como observado por Hirsikko, et al 2007;
Retalis, et al 2009; Kolarz, et al 2009. Outro estudo em uma floresta boreal mostrou que a
taxa de produção de íons, estimada a partir da concentração de Rn-222 e radiação externa, foi
mínima próximo ao meio dia e depois aumentaram durante tarde.
83
Figura 31 - Comportamento da Concentração de íons atmosféricos (*íons/m3) (a)
positivos e (b) negativos durante o período seco em Apodí-RN.
A
B
84
Figura 32 - Comportamento da Concentração de íons atmosféricos (*íons/m3) (a)
positivos e (b) negativos durante o período seco em Parnamirim-RN.
B
A
85
4.2.4 - Análise de regressão linear múltipla
Para os dados do período seco em Parnamirim, a variação da variável dependente Rn-
222 teve ótima significância pelas variáveis incluídas no modelo estatistico usado. As
variáveis que apresentaram maiores contribuições foram: temperatura do ar, umidade relativa
e a radiação global, com relação positiva. Tabela 12 e Equação 12 para o cálculo de previsão
da quantidade da concentração de Rn-222 em Parnamirim-Rn.
(Eq.12)
O que observamos na regressão é que, de todas as variáveis introduzidas no modelo, a
umidade relativa e a radiação global, foram as variáveis mais importantes e com relação
positiva, juntamente com a temperatura mas com relação negativa indicando que quanto mais
elevada for, menores serão as concentrações de Rn-222. A radiação solar também contribuiu
com relação positiva, indicando que períodos com menos radiação levam a maiores
concentrações de Rn-222. Entre a variável dependente Rn-222 e as concentrações de íons não
foi possível introduzir os dados no modelo, pois os dados não tinham o mesmo comprimento
para o período em questão.
Tabela 12 - Análise de regressão múltipla para as concentrações de Rn-222,
observadas na mata atlântica, no período seco em Parnamirim-RN.
Variáveis Coef. Estimados Std. Erro P-valor
Tair_P -0.292780 0.078026 0.000281***
UR_P 0.161001 0.025404 5.27e-09 ***
Rg_P 0.004227 0.001045 9.81e-05 ***
* Nível de Significância: 5%
Atraves da Tabela 12 percebemos que o modelo aplicado foi útil para encontrar as
relações entre o Rn-222 e as variáveis meteorológicas pois o valor-p do teste F foi menor que
0,05, deixando evidente a relação entre as mesmas.
Y = - 0.292780*Tair_P + 0.161001*UR_P + 00.004227* Rg_P + ε
86
Figura 33 - Análise dos resíduos das concentrações de Rn-222 com as variáveis
meteorolgoicas para o período seco em Parnamirim-RN.
No Figura 33, observamos as probabilidades esperadas, onde o valor da função de
distribuição para cada resíduo são representados no eixo das ordenadas e no eixo das abcissas
representam-se os resíduos estandardizados, a análise de resíduos nos dá evidência de que a
distribuição dos erros é normal, pois os resíduos estão aproximadamente em linha reta. Dessa
forma, estes modelos podem ser melhorados, existindo a probabilidade de que outros fatores
possam estar influenciando estas concentrações de Rn-222, que não foram o foco deste
estudo, principalmente, as quantidades de Rn-222 e íons atmosféricos emitidos durante a
evapotranspiração das plantas ou a partir do solo.
87
5. CONCLUSÃO E PERSPECTIVAS
A análise e conjunto de dados aqui apresentado é inédito sobre o comportamento Rn-
222 no bioma Caatinga e Mata Atlântica Dunar, demonstrando que aspectos meteorológicos
têm uma forte influência sobre o comportamento da concentração de Rn-222 na camada de ar
próximo da superfície. A influência dominante de características ambientais durante o dia
pode ser observada, com concentrações mais elevadas no início da manhã e menores
concentrações perto de meio-dia, com uma relação direta em relação à temperatura do ar. O
comportamento relativo entre as concentrações de Rn-222 demonstram boas correlações com
as variáveis meteorológicas.
No período seco a umidade relativa do ar alcançou máximos em torno de 75%. Após o
pôr do sol a umidade relativa apresentou um máximo secundário acima de 55%. A
temperatura do ar atingiu valores mínimos registrados às 05:00 HL em torno de 23ºC no
período seco e as máximas no final da tarde em torno de 36ºC, no período chuvoso mínima
de 25ºC e máximas de 34ºC. A radiação solar foi sempre elevada mesmo nos dias com
ocorrência de precipitação em Apodí-RN, com máximos ao meio dia. A velocidade do vento
foi sempre maior durante o período seco em média foram 2,0 m/s e 0,70 m/s no chuvoso. Em
Parnamirim o período seco foi caracterizado por temperaturas menores do que em Apodí, com
máximas de mínimas em torno de 33ºC e 23ºC respectivamente.
Os coeficientes de correlação entre as concentrações Rn-222, parâmetros
meteorológicos e os índices de estabilidade foram maiores durante a estação seca
relativamente a estação chuvosa em Apodí-RN. As medições de concentrações de Rn-222
aqui apresentadas mostram um ciclo diurno semelhante a outros estudos com um máximo no
início da manhã, pelo menos durante o meio do dia, seguido por um máximo secundário na
parte da tarde, com um mínimo e um máximo às 06:00 HL e 01:00 HL, respectivamente. Esta
observação está de acordo com outro estudo em uma floresta boreal por Chandrashekara et al.
(2006), que mostrou que as taxas de íon estimados a partir da concentração de Rn-222 e
radiação externa tiveram um mínimo a cerca do meio-dia, e depois aumentou durante a tarde.
Em relação aos resultados a partir do modelo de regressão podemos inferir que,
embora as regressões de algumas variáveis possam apresentar baixo pode explicativo, elas
foram suficientes para verificar o objetivo central da pesquisa que era o de encontrar relação
entre as concentrações de Rn-222 com as variáveis meteorológicas e os íons atmosféricos.
88
Variações na concentração de Rn-222 nos fornece uma medida direta e inequívoca da
mistura vertical na baixa atmosfera, com a maioria dos sinais associados à advecção e
relacionadas com as variações horizontais na superfície. Os fatores físicos como umidade do
solo, pressão atmosférica, velocidade do vento, precipitação e temperatura influenciam a
exalação de Rn-222 a partir da interface da superfície do solo em diferentes tipos de bioma.
Dentre as variáveis meteorológicas que se mostraram melhor relacionadas com a
concentração de Rn-222, destacaram-se a umidade relativa, velocidade do vento, e a radiação
solar global.
Com dados coletados em um maior espaço de tempo e com base nos resultados
gerados nesta tese torna-se necessário que seja dada particular atenção ao Radônio no âmbito
da radiação ionizante natural, uma vez que, em função das características geológicas locais, a
sua concentração nos solos, águas subterrâneas, fonte e nascentes pode variar
significativamente e assim poderemos contribuir com a atualização da base de dados
relacionados à seca e desertificação nas regiões do Seridó e Litoral que poderão ser
disponibilizados para entidades e instituições de planejamento, como: Secretarias estaduais,
IDEMA, IBAMA, INCRA, DNOCS, SUDENE entre outros.
89
6. REFERÊNCIAS
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