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Previous issue date: 2014-05-01 / This work showed the complexity of the organic and inorganic composition of aerosol from
Amazônia e its interactions with biogenic processes in the forest. We investigated the sources
and processes that regulate the organic and inorganic components of aerosol particles from
Amazônia based on long term continuous measurements in two regions: one perturbed by
land use change, in Porto Velho/RO, and one of pristine tropical rainforest, Rebio
Cuieiras/AM. For the first time, the elemental concentration of the aerosol from Amazônia
was obtained using energy dispersive x-ray fluorescence – EDRF. A careful calibration and
optimization of the EDXRF Epsilon 5, PANalytical, was performed. This task involved the
production of calibration standards for element P, besides the use of commercially available
standards from MicroMatter. A new methodology was developed to calculate the detection
limit for each element based on a non-linear fit of the standard deviation for different masses,
and was compared to the usual method using the background noise in blank filter
measurements. Both methods gave similar detection limits, with higher values around 45 ng
cm -2 (Na, Mg e Cd), most values below 10 ng cm -2 , and some very low values as 3 ng cm -2 (P,
S, Cl, K, Ca, Cr, Fe e Cu). A detailed and extensive comparison with other EDXRF
spectrometers, one from Antwerp University and another from CETESB, and other analytical
methods, PIXE and Ion Chromatography, was performed. The comparison between PIXE
and EDXRF showed statistically significant regressions for most elements, as well as the
comparison with the other EDXRF, thus indicating that the calibration and fine-tuning of the
LFA EDXRF were appropriate. The comparison with the Ion Chromatography from PUC-Rio
was used to quantify the particle self-attenuation corrections necessary for light elements.
About the seasonal variation of aerosol mass concentration at Rebio Cuieiras, the average
concentration was very low, 9.5 ± 4.7 μg m -3 (wet season) and 13.4 ± 4.9 μg m -3 (dry season),
with a very clear seasonal cycle. The equivalent BC showed a stronger seasonality with high
concentrations in the fine mode, 0.57 ± 0.38 μg m -3 , during the dry season, and very low, 0.05
± 0.02 μg m -3 , during the wet season. In Porto Velho, average PM10 was 8.8 ± 4.2 μg m -3
(wet) and 45 ± 42 μg m -3 (dry), but with mean values reaching as high as 200 μg m -3 as during
the dry season of 2010, when EBC reached values of 3.6 ± 3.6 μg m -3 . During the wet season,
the EBC average concentration was 0.5 ± 0.4 μg m -3 . That means that, even in the absence of
large scale biomass burning, land use change and local pollution interfere on the
concentration of aerosol in anthropogenic impacted Amazon regions, as observed by Artaxo
et al. (2013). For measuring the carbonaceous aerosols, the EUSAAR_2 was chosen after an
comparison exercise. For validating the measurements, a comparison with the University of
Ghent, Belgium, was performed and showed that our calibration with sucrose, the
determination of the transit time and the data processing is correct. The average concentration
of OC at Rebio Cuieiras was 6.3 ± 3.1
μ g m -3 (dry) e 1.8 ± 0.7
μ g m -3 (wet), and for EC it was
0.6 ± 0.3
μg m -3 (dry) and 0.18 ± 0.08
μg m -3 (wet). In general, our results indicate that this
area is still pristine but with some impact of long range biomass burning transport during the
dry season. At Porto Velho, the average OC concentration was 12 ± 5
μg m -3 (dry) and 5.0 ±
0.5
μg m -3 (wet), and for EC was 0.9 ± 0.5
μg m -3 (dry) e de 0.5 ± 0.3
μg m -3 (wet). The
presence of anomalous brown carbon absorption was analyzed but it was not possible to
quantify its presence in the atmospheric aerosol in the Amazon region. The increase in mean
atmospheric concentrations of OC and EC from the wet to the dry season was studied for each
volatility level. Results showed a higher increase of the OC2, OC3, EC2 and EC3
(intermediate volatility) at Rebio Cuieiras, while at Porto Velho there was a higher increase of
OC1 and EC1, as it is more subject to fresh biomass burning. Using positive matrix
factorization and absolute principal factor analysis, a source apportionment of particulate
matter was performed. The novelty in this study was the inclusion of the organic and
inorganic components (and not only the elemental composition). The PMF analysis did not
show self-consistent results and, indeed, there is a scientific debate nowadays on the source
apportionment tools by the European Comission / Joint Research Centre. / Este trabalho mostrou a complexidade da composição orgânica e inorgânica do aerossol da
Amazônia e sua interação com processos biogênicos da floresta. Investigamos as fontes e
processos que regulam as componentes orgânica e inorgânica dos aerossóis atmosféricos na
Amazônia, a partir de medidas contínuas e de longo prazo em duas regiões: uma área
perturbada por mudanças no uso do solo, Porto Velho/RO e uma área com floresta tropical
não perturbada, Rebio Cuieiras/AM. Pela primeira vez, a concentração elementar do aerossol
da Amazônia foi determinada utilizando a técnica de fluorescência de raios X por dispersão
de energia – EDXRF. Foi realizado um trabalho de calibração e otimização do instrumento de
EDXRF Epsilon 5, da PANalytical, que envolveu a produção própria de padrões de calibração
para o elemento P, além da utilização de padrões comerciais da MicroMatter. Um novo
procedimento foi desenvolvido para calcular os limites de detecção para cada elemento
utilizando o ruído de fundo em medidas amostradas com método alternativo de regressão não
linear. Os resultados da comparação entre as concentrações medidas pelos sistemas PIXE e
EDXRF se mostraram estatisticamente significantes para a maioria dos elementos, assim
como a comparação com a CETESB e Universidade de Antuérpia, Bélgica, indicando que a
preparação dos padrões e o procedimento de calibração desenvolvidos neste trabalho foram
apropriados. A comparação entre as medidas do LFA EDXRF e Cromatografia Iônica da
PUC-Rio foi utilizada para a derivação das correções de autoabsorção de partículas para
elementos leves. Sobre os ciclos sazonais e interanuais das concentrações em massa do
aerossol na região Amazônica, na Rebio Cuieiras, a concentração média de PM 10 foi muito
pequena, 9,5 ± 4,7 μg m -3 durante a estação chuvosa e 13,4 ± 4,9 μg m -3 na estação seca. O
EBC (black carbon equivalente) apresentou uma forte sazonalidade, com elevadas
concentrações na fração fina de 0,57 ± 0,38 μg m -3 (seca) e de 0,05 ± 0,02 μg m -3 (chuvosa).
Em Porto Velho, o PM 10 foi de 8,8 ± 4,2 μg m -3 (chuvosa) e 45 ± 42 μg m -3 (seca), podendo
chegar a 200 μg m -3 , como na estação seca de 2010. A presença de EBC chegou a valores de
3,6 ± 3,6 μg m -3 . Na estação chuvosa a concentração média foi 0,5 ± 0,4 μg m -3 . Mesmo na
ausência das queimadas em larga escala, as mudanças no uso do solo e a polução local
interferem nas concentrações do aerossol em regiões impactadas antropicamente na
Amazônia, como observado na literatura. Para medidas do aerossol carbonáceo, o protocolo
escolhido foi o EUSAAR_2, por ser mais indicado ao estudo de aerossóis remotos. A
intercomparação com o instrumento da Universidade de Ghent, Bélgica, conclui que nosso
processo de calibração externo com sacarose, determinação do transit time e o processamento
dos dados estão corretos. A concentração média de OC (carbono orgânico) na Rebio Cuieiras
foi de 6,3 ± 3,1
μg m -3 (seca) e 1,8 ± 0,7
μg m -3 (chuvosa), para EC (carbono elementar) foi
de 0,6 ± 0,3
μg m -3 (seca) e 0,18 ± 0,08
μg m -3 (chuvosa). De maneira geral, os resultados
demonstram que esta é uma área ainda sob condições preservadas, porém com algum impacto
de transporte a longa distância de emissões de queimadas durante a estação seca. Em Porto
Velho, a concentração média de OC foi de 12 ± 5
μ g m -3 (seca) e 5,0 ± 0,5
μ g m -3 (chuvosa), e
EC foi de 0,9 ± 0,5
μg m -3 (seca) e de 0,5 ± 0,3
μg m -3 (chuvosa). Analisou-se a questão da
presença de absorção de radiação anômala por brown carbon, mas não foi possível quantificar
a sua presença no aerossol atmosférico da região amazônica, em parte devido às incertezas
inerentes nas medidas. Avaliou-se o aumento da concentração atmosférica média durante a
estação seca para cada nível de volatilidade do carbono e os resultados mostraram um
aumento maior das componentes OC2, OC3, EC2 e EC3 (volatilidade medida) na Rebio
Cuieiras enquanto em Porto Velho a estação de queimadas trouxe um aumento das
componentes OC1 e EC1, caracterizando queima de biomassa fresca, pela sua baixa
volatilidade. Por meio da PMF (fatorização de matriz positiva) e APFA (análise de fatores
principais absoluta) foram identificadas as fontes do material particulado. A diferença deste
estudo está no fato de que o carbono orgânico e carbono elementar (e não apenas a
composição química elementar) foram incluídos. O modelo PMF não atendeu às expectativas
de ser um modelo de fácil utilização e robusto, ao contrário do APFA. Na Rebio Cuieiras
foram identificados três fatores: fator (1) emissão de queimadas, com os elementos traçadores
S, K, Br associados ao PM10, EBC, OC e EC; fator (2) poeira do solo proveniente do deserto
do Saara, devido aos elementos traçadores, Al, Si, Ca, Ti, Fe e fator (3) indicou uma mistura
de aerossol biogênico, elementos P, e sal marinho, elemento Cl. Em Porto Velho, o fator (1)
com a emissão de solo associado ao EC, o fator (2) traçadores característicos de queimada, e o
fator (3) emissão biogênica.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:IBICT/oai:localhost:tede/2258 |
| Date | 01 May 2014 |
| Creators | Arana, Andréa Araújo |
| Contributors | Netto, Paulo Eduardo Artaxo |
| Publisher | Instituto Nacional de Pesquisas da Amazônia, Clima e Ambiente (CLIAMB), INPA, Brasil, Coordenação de Pós Graduação (COPG) |
| Source Sets | IBICT Brazilian ETDs |
| Language | Portuguese |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
| Source | reponame:Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do INPA, instname:Instituto Nacional de Pesquisas da Amazônia, instacron:INPA |
| Rights | http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/, info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | 3500086864783825195, 600, 600, 3806999977129213183 |
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