Study of biogenic volatile organic compounds in the Amazon, French Guiana and Mata Atlântica Tropical Forests

A atmosfera terrestre contém nitrogênio e oxigênio, sendo este último, um composto altamente reativo e fundamental ao desenvolvimento e manutenção da vida. Além desses gases, diversos outros compostos em pequenas concentrações, os quais podem atuar como reagentes e/ou catalisadores também a compõe. Os compostos gasosos variados e material particulado (orgânico e inorgânico) de diferentes dimensões lançados constantemente à atmosfera são provenientes de fontes diversas. Tais fontes podem ser de origem natural ou antrópica e ainda, podem ser pontuais, difusas, primárias, secundárias, móveis e/ou estacionárias. Os processos envolvendo transformações químicas na atmosfera são extremamente importantes porque tendem a manter a sua composição em estado estacionário. A vegetação, que constitui uma fonte natural, é responsável pela emissão de grandes quantidades de compostos carbonados para a atmosfera. Dentre os vários compostos orgânicos emitidos da superfície do planeta, destacam-se em particular, alguns gases traços, denominados compostos orgânicos voláteis (COVs). A emissão dos compostos orgânicos voláteis pela vegetação ocorre, em escala global, predominantemente nos trópicos ou nos meses de verão em outras regiões. As reações fotoquímicas dos compostos orgânicos voláteis desempenham um papel diferenciado e importante na química da troposfera, podendo alterar de forma significativa a concentração de ozônio em áreas tanto urbanas quanto rurais. O presente projeto contempla o estudo de alguns dos inúmeros compostos orgânicos voláteis de origem biogênica (COVBs) emitidos pela vegetação constituinte, das regiões da Floresta Amazônica, da Mata Atlântica e da floresta Tropical da Guiana Francesa, comparando-se os dados de saída gerados pelos Modelos MOZART-4 e CAM-Chem. A escolha dos sítios experimentais para realização deste estudo se deu em parte em função da importância dos locais em termos de biodiversidade, extensão territorial, influência na climatologia (local e/ou regional), bem como também em função da acessibilidade, proximidade a centros urbanos e alterações devido à influência humana. O procedimento metodológico adotado para coleta das amostras de COVBs se deu por meio da técnica conhecida como acumulação de vórtices turbulentos (Relaxed Eddy Accumulation - REA), a qual faz uso de um dispositivo coletor denominado acumulador compacto de vórtices turbulentos (Compact Relaxed Eddy Accumulator - CREA). As amostras gasosas de COVBs foram coletadas por meio de cartuchos comerciais apropriados, compostos por diferentes materiais adsorvedores que apresentavam afinidade química também diferenciada para os variados compostos aos quais foram expostos. Estudos primários para determinação da natureza dos cartuchos que foram utilizados neste projeto foram realizados, a fim de se obter dispositivos adequados a este propósito. Os resultados evidenciam, como esperado, que a presença de isopreno é predominante em todos os sítios experimentais, sendo sua concentração média diária máxima de 5,0 ± 0,3 μg/cm3 registrada na Amazônia e de 8,0 ± 0,4 μg/cm3 (concentração diária) na floresta da Guiana Francesa, seguido pelo alfa-pineno cuja concentração máxima obtida foi de aproximadamente 1,6 ± 0,08 μg/cm3 no último sítio experimental, ambos detectados na estação seca. A emissão de isopreno e dos monoterpenos ocorreu de forma mais acentuada na época seca em comparação ao período úmido. Contudo, observou-se em algumas situações uma pequena discrepância. De maneira geral os resultados gerados pelos modelos estão subestimados, como exceção do parâmetro de radiação fotossinteticamente ativa (PAR), o que indica que a defasagem entre os resultados observados e os simulados pode estar relacionada parâmetros de OH-, NOx e em algumas reações químicas fotoquímicas envolvendo o ozônio.The Earth\'s atmosphere contains nitrogen and oxygen, the last one being a highly reactive compound and fundamental to the development and maintenance of life. Besides these gases, many other compounds in small concentrations, which can act as reactants and /or catalysts can be found in the atmosphere. Various gaseous compounds and particulate matter (organic and inorganic) of different dimensions constantly released into the atmosphere come from various sources. Such sources can be natural or anthropogenic and still be punctual, diffuse, primary, secondary, mobile and or stationary. Processes involving chemical transformations in the atmosphere are extremely important because they tend to maintain their steady-state composition. The vegetation, which is a natural source, is responsible for producing large amounts of carbon compounds in the atmosphere. Among the various organic compounds emitted from the planet\'s surface, stand out in particular, some trace gases, called volatile organic compounds (VOCs). The emission of volatile organic compounds by vegetation occurs on a global scale, predominantly in the tropics or in the summer months in other regions. The photochemical reactions of volatile organic compounds play an important and unique role in the chemistry of the troposphere, which can significantly change the concentration of ozone in both urban and rural areas. This project involves the study of some of the numerous biogenic volatile organic compounds (BVOC) emitted by vegetation from the Amazon Forest, the Mata Atlântica forest and the Tropical forest of French Guiana, comparing the output data generated by MOZART -4 and CAM-Chem models. The choice of experimental sites for this study was in part due to the importance of local biodiversity , territorial extent , influence the weather (local and/or regional), and also because of accessibility, proximity to urban centers and changes due to human influence . The methodological procedures for collecting samples of VOCs was through the technique known as eddy accumulation (Relaxed Eddy Accumulation - REA), which uses an equipment known as compact relaxed eddy accumulator (CREA). The gas samples were collected from BVOCs through appropriate commercial cartridges, composed of different materials showed that chemical affinity adsorbents also differentiated for the various compounds which were exposed. Primary studies to determine the nature of cartridges that were used in the field campaigns were conducted in order to obtain devices suitable for this purpose. The results show, as expected, the presence of isoprene as a prevalent compound in all experimental sites, with maximum daily average concentration of 5,0 ± 0,3 μg/cm3 registered on the Amazon basin and 8,0 ± 0,4 μg/cm3 (daily concentration) in the forest of French Guiana, followed by alpha-pinene, whose maximum concentration obtained was approximately 1,6 ± 0,08 μg/cm3 in the last experimental site, both detected in the dry season. The emission of isoprene and monoterpenes occurred sharply in the dry season compared to the wet season. However, it was observed in some situations a small discrepancy. In general, the results generated by the models are underestimated, as an exception of photosynthetically active radiation parameter (PAR), indicating that the gap between the observed and simulated results can be related to OH- and NOx parameters and some chemical reactions involving photochemical ozone