Magnetismo ambiental aplicado na metrópole paulista: frota veicular, fontes de emissão e novas tecnologias - Kamigauti, Leonardo Yoshiaki (2024)
A meteorologia ambiental enfrenta diversos desafios nas questões de caracterização de fontes de emissão de poluição atmosférica, e no aprimoramento dos resultados de modelos receptores. Vindo da geofísica, o campo do magnetismo ambiental traz novas perspectivas sobre a poluição do ar através da aplicação de técnicas de magnetismo de rocha em amostras de material particulado. Sob luz desta oportunidade, unimos as duas áreas para explorar a poluição da maior metrópole da América Latina, São Paulo. Com um experimento de medidas de material particulado coletado no interior de túneis em São Paulo em 2018, quantificamos as emissões de material particulado da frota de veículos leves e pesados da cidade e definimos novos elementos característicos para emissões de escape (veículos leves: Ni, Se, Pb, As, U, Sr e Tl no MP2,5, Mg, Na, Ni, Cd e Pb no MP10, pesados: Rb, Cd, Pb, Sn, Co, Ce, Mn e Ni no MP2,5), desgaste de freios (leves: Fe, Mn, Sn e Ba no MP2,5, Mn, Sn, Ba, Bi, Ti e Zn no MP10, pesados: Zn, Al, B e Ba no MP2,5) e pneus (leves: V, Bi, Ti, Sb, Co, La, Rb e Ce no MP2,5, Co, As, Sb, Ce, V e La no MP10, pesados: U, sulfato, amônio, V, nitrato, La, Na e Se no MP2,5, B, nitrato, La, V, amônio e sulfato no MP10). Analisamos as características magnéticas das emissões da frota veicular e encontramos três populações de grãos magnéticos distintas, uma composta de metais ultrafinos com diâmetros entre 15 e 20 nm (considerando a composição de hematita), outra com coercividade magnética de 223,4 mT relacionada com emissões de fundo urbano, e outra com coercividade mais alta de 1040,1 mT diretamente relacionada com emissões veiculares. Com esta informação, utilizamos modelos receptores progressivamente complexos (análise de componentes principais, análise de fatores, fatoração de matriz não-negativa e o positive matrix factorization da EPA) em dados de uma campanha intensiva de coleta de material particulado realizada no campus da Universidade de São Paulo no Butantã, em 2019. Comparamos estatisticamente os perfis de fontes encontradas pelos modelos com inventários internacionais (SPECIATE e SPECIEUROPE) utilizando o programa DeltaSA do JRC. Por fim, desenvolvemos uma medida magnética que separa a massa de ferro entre as duas populações coercivas encontradas no experimento anterior para auxiliar a interpretação das fontes obtidas com os modelos receptores. Quantificamos as principais fontes de emissão da cidade como 24% veículos leves movidos à gasolina e veículos pesados movidos à diesel, 10% veículos leves movidos à etanol, 14% potencial atividade industrial, 27% ressuspensão de poeira do solo e 21% queima de biomassa e lixo. Por fim exploramos as novas tecnologias aplicando um modelo de aprendizado profundo nos dados de uma rede de monitoramento de baixo custo, demonstrando a possibilidade de utilizar estas novas tecnologias para ampliar a representatividade de estudos ambientais. Concluímos que as aplicações de magnetismo ambiental têm alto potencial como traçadores de fontes de emissão de poluentes atmosféricos, que novas tecnologias de baixo custo e aprendizado de máquina são ferramentas com muita aplicabilidade na meteorologia ambiental e que, mais do que nunca, a frota veicular precisa ser o ponto focal de políticas públicas para redução da poluição do ar em São Paulo.