[pt] O Observatório Pierre Auger é um detector de raios cósmicos ultra-energéticos (E maior ou igual 1018 eV) com características híbridas, que combinam detectores de superfície e de fluorescência. A determinação da composição química primária destes raios cósmicos é um dos seus principais objetivos. Há indícios de que os primários dos raios cósmicos com E maior que 1018.5 eV tem massa maior, conclusão baseada nos resultados recentes sobre a evolução dos chuveiros atmosféricos extensos (cascatas de partículas formadas quando da colisão do raio cósmico primário no topo da atmosfera com moléculas de N2 ou O2). Encontrar parâmetros, que caracterizam o chuveiro, no processo de sua reconstrução e que forneçam informações associadas a este resultado, são essenciais para validar esta conclusão. Nesta tese estuda-se a evolução como função da energia, de parâmetros que caracterizam os chuveiros, que sejam sensíveis à sua composição primária. Mais especificamente aqueles determinados pelo detector de superfície, pois há uma estatística de chuveiros detectados significativamente maior. Damos especial atenção às flutuações intrínsecas – chuveiro-a-chuveiro – do parâmetro de inclinação (beta) da Função de Distribuição Lateral, que descreve a variação da densidade de partículas ao longo da direção perpendicular ao eixo do chuveiro, como função da distância a esse eixo. Os resultados indicam que a flutuação intrínseca em beta, para eventos inclinados (45-60 graus) com E maior que 1018.5 eV, possui uma tendência de diminuição com a energia até valores em torno de 1019.8 eV. Este resultado é consistente com o encontrado anteriormente em análises de composição química sobre a evolução com a energia da profundidade de máximo (Xmax) dos chuveiros atmosféricos extensosmedida pelos detectores do Auger em modo híbrido, em que em energias acima de 1018.5 eV, observase que os chuveiros tendem a atingir seu máximo numa região mais bem definida da atmosfera, levando, por conseguinte, a flutuações menores no sinal no solo. / [en] The Pierre Auger Observatory is an ultra high energy cosmic ray detector (E more than or equal as 1018 eV) which has hybrid characteristics combining surface and fluorescence detectors. Determining the cosmic rays chemical composition is one of its most important challenges. There are evidences that cosmic ray primaries with energy above 1018.5 eV are heavy and this conclusion is based on recent results on the evolution of extensive air showers (cascades of particles formed by the collision of primary cosmic rays in the top of the atmosphere with nitrogen and oxygen molecules). Therefore, it is mandatory to find additional parameters supporting that conclusion. In this thesis, the evolution with energy of parameters characterizing the shower and with sensitivity to chemical composition are studied. More specifically, parameters determined by the surface detector are analyzed due to the high statistics in this operation mode. Special attention is given to the instrinsic - shower to shower - fluctuations of the slope parameter (beta) of the Lateral Distribution Function which describes the particles density variation in the plane perpendicular to the shower axis as a function of distance to that axis. The results show that the intrinsic fluctuation of Beta, for inclined showers (45-60 degrees) with energy above 1018.5 eV, where the detector resolution is small compared to the total fluctuation, has a trend to decrease with energy up to 1019.6 eV. This result is consistent with recent results on the energy evolution of the depth of shower maxima (Xmax) of extensive air showers, where above 1018.5 eV, the distributions of Xmax show less fluctuations, leading, in turn, to less fluctuations on the ground level.

[pt] Este estudo pretende avaliar as influências do tráfego de rotina e da construção de um novo trecho da BR-040, entre Duque de Caxias e Petrópolis, na emissão e composição do material particulado (MP) da região. As obras foram iniciadas em 2014 e interrompidas em junho de 2016. Foram realizados o monitoramento tradicional de MP e biomonitoramento com Tillandsia usneoides e Tillandsia stricta transplantadas em seis locais de amostragem ao longo da rodovia. O Laboratório de Estudos de Poluição Atmosférica (LEPA) forneceu filtros contendo partículas totais em suspensão (PTS), coletadas entre 2014 e 2016. A espectrometria de massas com plasma indutivamente acoplado (ICP-MS) e a cromatografia iônica (CI) foram utilizadas para a caracterização química das PTS. Em 2014 foram observadas as maiores concentrações médias de PTS nos pontos próximos ao pedágio. Em 2016 não houve diferença nas concentrações de PTS entre períodos com obras e em sua ausência. O elemento majoritário nas PTS foi Fe e os maiores fatores de enriquecimento (FE) foram obtidos para Cu, Cd e Ni. Os íons em maior concentração foram NO3-e SO4-2, associados a emissões veiculares. O biomonitoramento, realizado em 2018, revelou enriquecimento de Mn, Zn e Cd na maioria dos locais. A T. stricta apresentou maiores FE, que pode estar relacionado com os locais de origem ou fisiologia das plantas. Uma análise prévia de biomarcadores de estresse oxidativo revelou correlações entre metalotioneína e Fe, Mn, Co, Cu, Ni e Zn, indicando concentrações maiores que as fisiológicas para esses metais. As concentrações de outros biomarcadores como glutationa reduzida e H2O2 também foram avaliadas. / [en] This study aims to evaluate the influence of daily traffic and road construction of a new stretch of BR-040, between Duque de Caxias and Petrópolis, in the emission and composition of the particulate matter (PM) of the region. The construction works started in 2014 and were interrupted in June 2016. The traditional monitoring of PM and biomonitoring with transplanted Tillandsia usneoides and Tillandsia stricta were conducted at six sampling sites along the highway. The Laboratory of Atmospheric Pollution Studies (LEPA) provided filters containing total suspended particulates (TSP), collected between 2014 and 2016. inductively coupled plasma mass spectrometry (ICPMS) and ion chromatography (IC) were used to the chemical characterization of TSP. In 2014, the highest average concentrations of TSP were observed at points close to the toll. In 2016 there was no difference in TSP concentrations between periods with works and in their absence. The major element in the PTS was Fe and the greatest enrichment factors (FE) were obtained for Cu, Cd and Ni. The ions in higher concentrations were NO3 -and SO4-2 , associated with vehicular emissions. Biomonitoring, conducted in 2018, showed enrichment of Mn, Zn and Cd in most sites. T. stricta presented higher FE, which may be related to the sites of origin or physiology of the plants. A previous analysis of oxidative stress biomarkers revealed correlations between metallothionein and Fe, Mn, Co, Cu, Ni and Zn, indicating higher concentrations than the physiological ones for these metals. Concentrations of other biomarkers reduced glutathione and H2O2 were also evaluated.

[pt] Este trabalho tem como objetivo principal utilizar um rejeito do processo de concentração de carvão mineral (RJ) como fonte de substâncias húmicas, em particular, do ácido húmico (AH). Para atingir o objetivo a pesquisa foi dividida em três etapas: a obtenção, a caracterização e a aplicação do AH. Na primeira etapa, foram utilizados três métodos diferentes de funcionalização da amostra: o processo químico (PQ), a eletrólise (ELE) e o uso de autoclave (PRESS), previamente ao procedimento de extração das substâncias húmicas (SH), em particular, do ácido húmico (AH). Observou-se que, em termos de recuperação em massa nas condições operacionais estabelecidas, o método de processo químico (PQ) foi o mais eficiente resultando 20,2 porcento de AH e 3,8 porcento para AF-Like. Na segunda etapa, estudou-se a caracterização química (acidez fenólica, acidez total, acidez pelos grupos carboxílicos, pH, CTC e cinza), espectroscópica (FTIR, RMN de 13C e ICP-OES), análise elementar, análise térmica (TGA) e análise estrutural (MEV - EDS) dos ácidos húmicos produzidos. Observou-se certa semelhança entre os AH s extraídos do solo e o AH obtido neste trabalho, com a diferença deste ser muito aromático, o grau de aromaticidade mostrou-se muito elevado (em torno de 60 porcento em relação a 15 porcento do solo). Além disso, as características em relação ao CTC foram relevantes, pois variou de 22 a 44 Cmolckg elevado a -1. Este valor é considerado moderadamente alto em relação ao valor médio de 25 Cmolckg elevado a -1 do CTC, oriundo dos solos brasileiros. Os resultados obtidos por espectroscopia de FTIR e de RMN de 13C indicaram que a funcionalização do rejeito de carvão mineral (RJ) por qualquer um dos métodos de obtenção é relativamente baixa (de 5,0 a 9,7 porcento C-carboxílico) em comparação aos AH proveniente dos solos. Os resultados comparativos apresentaram similaridade nas características estruturais e físicas, observadas pela microscopia eletrônica de varredura. Na terceira etapa foi realizado um estudo preliminar sobre a capacidade do AH, obtido pelo método PQ de reter o chumbo, contido em solução sintética (1000 mgL elevado a -1). Constatando-se uma eficiência de 98 porcento na adsorção deste elemento quando se utilizou uma razão de 1:1(1g AH:1g Pb) e vazão de 0,06 mL/min. / [en] This work aims to evaluate the use of a concentration coal tailing (RJ) as a source of humic substances, particularly humic acid (HA). To achieve the goal the research was divided into three steps: obtaining, characterization and application of HA.In the first step three different methods of functionalization of the sample were tested prior to the HA extraction procedure: chemical process (PQ), electrolysis (ELE) and the using of an autoclave (PRESS). It was observed that in terms of mass recovery and within established operating conditions, the method of chemical process (PQ) result was the most efficient, with 20.2 percent and 3.8 percent of AH to AF-Like, respectively.In the second step, it was studied the physical and chemical properties of the humic acids produced: phenolic acidity, total acidity, the acidity of carboxyl groups, pH, CTC and gray, spectroscopy (FTIR, 13C NMR and ICP - OES), elemental analysis, thermal analysis (TGA) and structural analysis (SEM - EDS). There were some similarities with the AH s extracted from the soil with the difference being the degree of aromaticity which is very high (around 60 percent compared to 15 percent of the soil). Moreover, the relevant features were the CTC, which ranged 22 - 44 Cmolckg to the power of -1. This value is considered moderately high in relation to the approximate mean value of 25 Cmolckg to the power of -1 CTC , originated from Brazilian soil. The results obtained from FTIR spectroscopy and 13C NMR indicated that functionalization of the coal tailing (RJ), by any of the methods is relatively low (5.0 - 9.7 percent C-carboxylic acid) compared to AH from soil. Also showed similar structural and physical characteristics, as observed by scanning electron microscopy. In the third stage, a preliminary study on the retention capacity of the lead contained in synthetic (1000 ppm) solution by the AH obtained by the chemical processes method was performed. It was found an efficiency of 98 percent adsorption of the element when using a ratio of 1:1 (AH 1g : 1g Pb) and flow rate of 0.06 ml/min.

[pt] Este trabalho teve como finalidade o estudo dos níveis da composição química do MP2,5 e MP10 e gases coletados em áreas urbanas-costeiras, a fim de avaliar o impacto dos Jogos Olímpicos Rio 2016 e pandemia na qualidade do ar na Região Metropolitana do Rio de Janeiro. Os resultados mostraram o aumento de MP2,5 e MP10 devido às atividades urbanas desenvolvidas durante os Jogos Olímpicos e as obras que ainda estavam sendo realizadas no primeiro semestre de 2016. Em todas as estações as espécies inorgânicas refletiram a influência de aerossóis secundários e contribuições marinhas. As espécies Fe e Cu foram os elementos mais abundantes encontrados nas partículas, detectados principalmente em MP10. As fontes de emissão no MP10 foi obtido através do Positive Matrix Factorization (PMF); quatro fontes de aerossóis foram identificadas nos locais: veicular, spray marinho, formação secundária e um misto de ressuspensão do solo e industrial. Um total de 37 HPA foram determinados e a concentração média da soma dos 16 HPA considerados prioritários representou > 30 %. Para a maioria das estações, a distribuição foi caracterizada pela predominância de compostos com massa molecular entre 252 e 276. Em relação a pandemia, os resultados mostraram que o bloqueio parcial afetou os níveis de poluentes por meio da redução das emissões. Foram observadas a diminuição nos poluentes SO2, NO2 e CO; enquanto houve um aumento na concentração de O3. No geral, o bloqueio parcial contribuiu para a melhoria da qualidade do ar na cidade do Rio de Janeiro. / [en] This work aimed to study the levels of the chemical composition of PM2.5 and PM10 and gases collected in urban-coastal areas, in order to assess the impact of the Olympic Games and the pandemic on air quality in Rio de Janeiro. The results showed the increase of PM2.5 and PM10 due to urban activities developed during the Olympic Games and the works that were still being carried out in the first half of 2016. In all sites inorganic species reflected the influence of secondary aerosol and marine contributions. The vehicular emitted species Fe and Cu were the most abundant elements found in the particles, mostly detected in PM10. The source apportionment was obtained with Positive Matrix Factorization (PMF); four aerosol sources were identified at the sites: vehicular, marine spray, secondary formation and a mix of industrial and soil resuspension. A total of 37 PAHs were analyzed. The average concentration of the 16 PAHs sum considered priority represented > 30 %. For most stations, the distribution was characterized by the predominance of compounds with a mass between 252 and 276. Regarding the pandemic, the results showed that the partial lockdown affected pollutant levels by reducing sources emission. A decrease in SO2, NO2, and CO was observed; while there was an increase in O3 concentration. Thereby, the partial lockdown contributed to improving air quality in Rio de Janeiro City.