Espectroscopia resolvida no tempo : caracterização de pulsos curtos, dinâmica molecular em líquidos, modelamento de luz incoerente

Nesta tese realizamos três trabalhos que envolvem diferentes aspectos da espectroscopia resolvida no tempo. No primeiro discutimos brevemente a teoria e as principais técnicas para a caracterização de pulsos curtos. Analisamos detalhamente uma destas técnicas e propusemos modi cações que possibilitaram o barateamento dos custos da montagem e, além disso, introduziram novas características que sanaram alguns problemas que a montagem original apresentava e que também possibilitaram uma melhor caracterização da própria técnica. Descrevemos cuidadosamente as condições que devem ser satisfeitas pela geometria dos feixes e pelos componentes da montagem para obter uma caracterização correta dos pulsos curtos. Também apresentamos o procedimento de calibração do sistema. Pulsos com diferentes tempos e funções de fase foram caracterizados e os resultados foram validados por testes de con abilidade da informação recuperada. O trabalho seguinte foi o estudo da dinâmica molecular em líquidos puros e em misturas através da técnica efeito Kerr óptico resolvido no tempo, que é uma técnica do tipo bombeio e prova não ressonante, usando um sistema laser Ti:Sa ra com pulsos de 170 fs, centrados em 800 nm. As moléculas estudadas foram o dissulfeto de carbono (CS2), benzeno (C6H6), alilbenzeno (C9H10) e o poliestireno (PS). A teoria necessária para descrever os resultados medidos foi desenvolvida no regime temporal. O modelo de Debye para a relaxação difusiva da anisotropia orientacional descreve a componente de tempos longa, acima de um picosegundo. Partindo do Hamiltoniano de interação, desenvolvemos a teoria da função resposta linear, chegando a uma expressão para a relaxação da polarizabilidade anisotrópica, necessária para descrever os tempos curtos (subpicosegundos). Além disso, a passagem para o regime espectral utilizando somente dados experimentais, ou seja, sem a necessidade de levar em conta modelos especí cos, também foi discutida. Os resultados mostram que os tempos difusivos tanto nos líquidos puros quanto nas misturas seguem a equação de Debye-Stokes-Einstein que prevê um aumento deste tempo para viscosidades maiores. Os tempos curtos são analisados em termos da componente não difusiva da resposta espectral associada à dinâmica molecular. As alterações do espectro foram quanti cadas e a explicação para as mudanças observadas foi dada em termos das con gurações estruturais de interação que levam a uma alteração do potencial intermolecular dentro do qual as moléculas executam movimentos libracionais. Por último, investigamos a questão do modelamento de pulsos de luz incoerente. Para isto trabalhamos com um laser de corante banda larga sem elemento de seleção espectral intracavidade. A técnica utilizada foi o espalhamento forçado de luz ao qual foi acoplado um modelador composto por uma grade, uma lente e uma máscara que alterava a função de fase espectral relativa entre os feixes formadores da grade transiente na amostra de interesse. Realizamos uma análise detalhada desta montagem e obtivemos expressões para ajustar os dados medidos. Os resultados mostram que a função de correlação pode ser alterada de forma especí ca através da escolha de determinadas funções de fase espectrais.

Caracterização mineralógica e da matéria orgânica de latossolos brasileiros sob vegetação nativa

A matéria orgânica do solo (MOS) constitui importante componente dos solos de regiões tropicais e subtropicais, tendo papel importante em suas propriedades químicas e físicas. Com objetivo de avaliar as características da MOS em Latossolos brasileiros sob vegetação nativa e sua relação com a profundidade e com as características mineralógicas e texturais dos solos, foram realizados dois estudos. No primeiro estudo foi investigou-se o efeito do tratamento com solução de HF 10% na resolução espectral de RMN 13C e na qualidade da MOS em amostras de horizontes A e B de quatro Latossolos brasileiros. Os sucessivos tratamentos com HF melhoraram a resolução espectral em ambos os horizontes. As perdas de C ao longo dos tratamentos foram da ordem de 39 a 48% no horizonte A e 71 a 85% no horizonte B, porém não foram seletivas para nenhum dos grupos funcionais determinados por RMN 13C. No segundo estudo, amostras do horizonte A de oito Latossolos, sendo seis do Rio Grande do Sul sob vegetação de campo nativo, um do Distrito Federal sob vegetação de cerrado e um do Amazonas sob vegetação de floresta tropical foram submetidas ao fracionamento físico da MOS As frações obtidas foram analisadas por análise elementar e espectroscopia de RMN 13C CP/MAS. Microagregados de argila contendo óxidos de ferro, resistiram à dispersão de ultrassom a 450J mL-1. A proporção dos grupos C-O-alquil aumentou com a diminuição do tamanho de partícula e a razão C alquil/ C-O-alquil diminuiu, evidenciando o mecanismo de proteção da MOS devido à interação com a superfície dos minerais. Este comportamento foi mais acentuado nos solos argilosos do Rio Grande do Sul. A variação dos grupos funcionais da MOS em função do tamanho de partícula foi diferenciada entre os solos estudados, indicando que a comparação direta da qualidade e dinâmica da MOS em diferentes ambientes é limitada.

Caracterização de remanescentes de aglomerados abertos na galáxia

o presente trabalho busca ampliar o conhecimento das relações entre aglomerados abertos de estrelas e seus remanescentes. Do ponto de vista observacional, um remanescente pode ser definido como uma concentração pouco povoada de estrelas resultante da evolução dinâmica de um sistema inicialmente mais massivo. Apesar do avanços no conhecimento teórico a respeito desses objetos e, nos últimos anos, da busca pela identificação observacional dos mesmos ter aumep.tado, muitas questões permanecem em aberto. Assim, no presente estudo serão analisados 23 candidatos a remanescentes através de dados fotométricos, espectroscópicos e de movimentos próprios. Esses dados fornecem informações sobre os objetos e seus campos. Por meio destas, buscam-se estabelecer critérios de definição de remanescentes de aglomerados abertos, levando-se em conta incertezas observacionais. Os dados fotométricos no infravermelho oriundos do catálogo The Two Micron Ali sky Survey possibilitam, nesse estudo, (i) estudar as propriedades estruturais dos objetos por meio dos perfis de densidade radial de estrelas; (ii) testar a semelhanças entre objetos e campos através de um método estatístico de comparação entre distribuições de estrelas no plano do diagrama cor-magnitude e, (iii) obter idades, avermelhamentos e distâncias com o uso de diagramas cor-magnitude, além de distinguir os objetos em função de um índice de ajuste de isócronas. Os dados espectroscópicos obtidos através de observações óticas no Complejo Astronómico EI Leoncito (Argentina) fornecem para 12 objetos da amostra informações adicionais de avermelhamentos e idades. Os dados cinemáticos extraídos do The Second U. S. Naval Observatory CCD Astrograph Catalog permitem, por sua vez, uma comparação objetiva entre a distribuição de movimentos próprios dos objetos e campos próximos de grande ângulo sólido O emprego desses métodos complementares se mostra essencial no estudo em função da carência de dados completos para os candidatos a remanescentes. No que diz respeito à amostra, em geral não é possível afirmar individualmente qual objeto caracteriza-se de forma definitiva como um remanescente de aglomerado aberto devido à incompleteza dos dados, às incertezas observacionais e à baixa estatística. Entretanto, os métodos desenvolvidos permitem uma análise objetiva e sugerem a presença de remanescentes de aglomerados abertos na amostra. Além disso, há evidência da presença de binarismo, o que é esperado para sistemas evoluídos dinamicamente. Portanto, pode-se inferir sobre estágios evolutivos para remanescentes a partir das distribuições de movimento próprio de suas estrelas e de seu mapeamento no diagrama cor-magnitude.

Caracterização ecológica da Represa Mãe D'água, Campus do Vale da UFRGS, Morro Santana, Porto Alegre - RS (Brasil)

O presente estudo teve como objetivo a caracterização da qualidade ambiental da represa Mãe D’água, com ênfase na macrofauna bentônica. A área de estudo, situada na vertente sul/sudeste do morro Santana, município de Porto Alegre/RS (Brasil), faz parte de uma sub-bacia hidrográfica que tem como nível de base o lago Guaíba, um importante manancial de água doce. Para análise dos indicadores ambientais da água (variáveis físicas, químicas e microbiológicas), sedimento (textura e teor de matéria orgânica) e dos macroinvertebrados bentônicos, foram realizadas duas coletas de campo (verão e inverno de 2004), em quatro unidades amostrais na represa. As variáveis ambientais da água apresentaram características típicas de ambientes aquáticos eutrofizados. As concentrações de cargas orgânicas foram evidenciadas pelos valores médios de DBO5 (16,5 mg/L), e dos nutrientes fósforo (1,37 mg/L) e nitrogênio (12,73 mg/L). O sedimento apresentou altos teores das frações silte e argila, com teor de matéria orgânica superior a 10% do seu peso seco. A macrofauna bentônica caracterizou-se pelos baixos valores de densidade e riqueza, com dominância de Chironomidae (58,5%) representado principalmente pelo gênero Chironomus, organismos geralmente adaptados a sobreviver em ambientes escassamente oxigenados. Estes resultados mostram que a interferência antrópica está influenciando na dinâmica natural da área de estudo, contribuindo para a eutrofização das águas, baixa saturação de oxigênio, dominância de partículas finas no sedimento, e na redução da macrofauna bentônica.

Caracterização sazonal da exportação de matéria particulada (seston) e dissolvida do sistema hidrológico do Taim para a Lagoa Mirin (Rio Grande so Sul, Brasil)

No presente trabalho foram estudadas as variações sazonais do material orgânico e inorgânico transportado pelo efluente que deixa o Sistema Hidrológico do Taim via comportas de drenagem. O Sistema Hidrológico do Taim, localizado a sudeste do estado do Rio Grande do Sul, Brasil, compreende um complexo de banhados e lagoas que trocam massas de água entre si e com sistemas lacustres adjacentes (Lagoa Mirim). Uma das principais características de banhados (“wetlands”) são os altos níveis de produção primária, relacionados principalmente a grande quantidade de macrófitas aquáticas presentes nestes ecossistemas, que associados a intensas variações dos níveis e dos fluxos de água, fazem com que estes tenham importância primordial na bacia da qual fazem parte no sentido de reterem ou exportarem biomassa detrítica e nutrientes. Neste sentido, esta dissertação pretende esclarecer sobre a dinâmica dos processos ecológicos ocorrentes em banhados e estabelecer metodologias que permitam uma melhor gestão dos recursos hídricos destes ecossistemas. Mais especificamente pretende definir e quantificar os padrões na exportação de matéria e nutrientes do Sistema Hidrológico do Taim para Lagoa Mirim e obter subsídios para compreender as influências destes banhados marginais em sistemas lacustres contíguos. Uma série de variáveis hidrometeorológicas (Precipitação, Velocidade do Vento e Nível da Coluna D’água) e físico-químico-biológicas (Temperatura, Condutividade, pH, ORP, Carbono Orgânico Total, DQO, Sólidos, Fósforo Total e Clorofila ) foram usadas para descrição do efluente e, ao longo do ano de 2002, duas campanhas paralelas realizaram coletas periódicas da água que deixa o banhado via as comportas drenagem situadas a norte do sistema Os resultados evidenciaram que grande parte do material transportado pelo efluente drenado do Sistema Hidrológico do Taim se encontra na forma dissolvida, além deste mostrar uma variação sazonal determinada principalmente pelos períodos de cheia e estiagem do banhado, que caracterizam o hidroperíodo, e pelo vento, fator constante e decisivo para a dinâmica de ecossistemas costeiros. A concentração de nutrientes na coluna d’água, e conseqüentemente carreada pelo efluente, é baixa, o que pode estar relacionado principalmente à rápida ciclagem e mobilização destes na biomassa vegetal.