Proceedings - geoPortal do LNEG
Transcrição
Proceedings - geoPortal do LNEG
Secção portuguesa das Uniões Internacionais Astronómica, Geodésica e Geofísica Centro de Geofísica de Évora Departamento de Física da Universidade de Évora COLABORAM | COLABORAN Resumos Resumens ORGANIZAM | ORGANIZAN Assembleia Luso Espanhola de Geodesia e Geofísica Asamblea Hispano-Portuguesa de Geodesia y Geofísica Instituto Português do Mar e da Atmosfera (IPMA) Comisión Espanhola de Geodesia y Geofísica Instituto Geográfico Nacional Proceedings Assembleia Luso Espanhola de Geodesia e Geofísica Asamblea Hispano-Portuguesa de Geodesia y Geofísica ESCOLA ESCOLA DE CIÊ CIÊNCIAS E TECNOLOGI TECNOLOGIA 29-31 DE JANEIRO | ENERO DE 2014, UNIVERSIDADE DE ÉVORA, ÉVORA-PORTUGAL 8ª Assembleia Luso Espanhola de Geodesia e Geofísica 8ª Asamblea Hispano Portuguesa de Geodesia y Geofísica ASSEMBLEIA LUSO ESPANHOLA DE GEODESIA E GEOFÍSICA ASAMBLEA HISPANO PORTUGUESA DE GEODESIA Y GEOFÍSICA Évora (Portugal) 29-31 de Janeiro/Enero de 2014 1 8ª Assembleia Luso Espanhola de Geodesia e Geofísica 8ª Asamblea Hispano Portuguesa de Geodesia y Geofísica Capa: Painel de azulejos do Octógono - “Centro do Mundo” no Colégio do Espírito Santo, Universidade de Évora, representando os Quatro Elementos de Empédocles - TERRA, AR, AGOA, FOGO. Contracapa: painel de azulejos na sala 120, Sala de Física no Colégio do Espírito Santo, o edifício principal da Universidade de Évora. Este painel evoca o célebre episódio dos espelhos de Arquimedes, onde usou os raios de sol para incendiar a armada romana que se preparava para conquistar a sua cidade, Siracusa, na Sicília. In. azulejos da Universidade de Évora por J. F. Mendeiros. Titulo:1SPDFFEJOHT da 8ª Assembleia Luso Espanhola de Geodesia e Geofísica *4#/ Editores: Bento Caldeira; Joel Barrenho; José F. Borges; José Pombinho; Maria J. Costa; Maria R. Duque; Mourad Bezzeghoud; Rui Salgado Janeiro de 2014 © University of Évora R. Romão Ramalho, 59 7000-671 Évora Portugal 2 8ª Assembleia Luso Espanhola de Geodesia e Geofísica 8ª Asamblea Hispano Portuguesa de Geodesia y Geofísica Évora 2014 Descargas de Águas Subterrâneas na região dos Olhos de Água, Algarve – alguns resultados das campanhas CTD Submarine Groundwater Discharges at Olhos de Água area, Algarve – some results of the CTD surveys Fátima M. Sousa(1, 2), Gabriela Carrara(3), Judite Fernandes(4), Dmitri Boutov(1, 2), Marisa Loureiro(3), Francisco Leitão(5), Pedro Range(5) e Ana Machado(1) (1) Centro de Oceanografia, Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa (FCUL), Campo Grande, Lisboa, [email protected], [email protected] e [email protected] (2) Departamento de Engenharia Geográfica, Geofísica e Energia, DEGGE/FCUL, Campo Grande, Lisboa (3) Instituto Português do Mar e da Atmosfera (IPMA), Rua C do Aeroporto, Lisboa, [email protected] e [email protected] (4) Laboratório Nacional de Energia e Geologia (LNEG), Estrada da Portela, Bairro do Zambujal, Amadora, [email protected] (5) Centro de Ciências do Mar (CCMAR), Universidade do Algarve, Campus de Gambelas, Faro, [email protected] e [email protected] SUMMARY In the frame of the R&D Project “FREEZE - Submarine FREshwater dischargEs: characteriZation and Evaluation study on their impact on the Algarve coastal ecosystem”, two oceanographic surveys were conducted off the Olhos de Água region. Numerous springs have been observed at the Olhos de Água beach during low tide, and they were also detected at the sea, just in front of the beach, by local fishermen. SAR imagery was used to identify surface signatures of potential submarine groundwater discharges (SGDs) over the shelf and the location of those patterns were essential for the planning of the CTD campaign. In both surveys 101 CTD stations were carried out, covering an area restricted to the limit of 3 nautical miles (≈ 5.6 km) from the coast, due to the small size of the boat used during the sea work, and with depths ranging between 2 and 30 m. The individual temperature and salinity profiles show the influence of the SGDs (mainly through lower salinities values), and the temperature/salinity diagrams show two distinct patterns, one with influence of the SGDs and the other corresponding to the oceanic coastal waters. 1. INTRODUÇÃO Os trabalhos de investigação aqui descritos foram realizados no âmbito do Projecto de I&D “FREEZE – Submarine FREshwater dischargEs: characteriZation and Evaluation study on their impact on the Algarve coastal ecosystem” cujo objectivo principal consistiu no estudo das descargas de águas subterrâneas (DAS) no mar, na região dos Olhos de Água, no Algarve. O nome atribuído a esta região – Olhos de Água – deve-se exactamente à existência de nascentes de água doce na praia, que ficam a descoberto durante a maré vazia. Estas nascentes também já foram detectadas no mar, mesmo frente à praia, pois são visíveis da costa e facilmente identificadas em dias de mar calmo. Por vezes, os caudais são tão fortes que causam deriva nos pequenos barcos dos pescadores locais. No âmbito do Projecto FREEZE, as nascentes de água doce existentes na praia dos Olhos de Água foram identificadas, georreferenciadas e monitorizadas, bem como as nascentes do infralitoral localizadas a sul daquelas sobre a batimétrica de 4 m. As características hidrogeológicas e geomorfológicas locais são favoráveis à existência de DAS, pois as camadas de biocalcarenitos e calcários do Miocénico, visíveis nos afloramentos da praia onde se localizam as nascentes, servem de suporte à circulação subterrânea, prolongando-se para a plataforma continental com uma leve inclinação na direcção S-SE, e que corresponde também à direcção do fluxo de águas subterrâneas. O recuo da linha de costa desde a batimétrica de 60 m até à posição actual deve-se ao regime transgressivo que sucede ao Younger dryas, a idade do gelo do Pleistocénico superior. Dias et al. (2000) detectaram morfologias submersas (plataformas de abrasão, arribas e istmos) entre as batimétricas de 60 e de 40 m que corresponderiam a uma paleolinha de costa. Teixeira (1998) identificou também, frente aos Olhos de Água, um afloramento denominado “Pedra dos Arrifes” à profundidade de 13 m, que corresponde a uma escarpa de arriba litoral, de quando o nível médio da água do mar se situava à profundidade de 20 m, há 8000 anos ou seja no Holocénico. 503 A geologia, hidrografia e hidrogeologia dessa época parecem não diferir muito da actualidade. O escoamento superficial e subterrâneo seria também para sul, com canais preferenciais de circulação de águas até às profundidades de 40 m e, mais recentemente, de 20 m, onde provavelmente se localizariam nascentes junto à praia. Esta paleocirculação poderá ainda estar activa ou ser activada dependendo do nível potencial das águas subterrâneas em terra e da permeabilidade das formações aquíferas, cuja expressão será tanto mais visível quanto maior a concentração do caudal das DAS. Analisaram-se várias imagens da rugosidade da superfície do mar obtidas com o SAR (Radar de Abertura Sintética) com o objectivo de detectar assinaturas à superfície de potenciais nascentes submarinas na plataforma continental, na região dos Olhos de Água. As imagens SAR revelam com frequência, a presença de slicks, que identificam zonas em que a superfície do mar aparece com um aspecto alisado, há uma redução da rugosidade da superfície do mar devido à atenuação das ondas capilares, podendo assim indicar potenciais locais de DAS com caudais relativamente elevados. Esta informação foi muito importante no planeamento das campanhas oceanográficas realizadas em Novembro de 2012 e em Abril de 2013, ao largo da região dos Olhos de Água. As campanhas CTD foram realizadas na plataforma continental, distribuíram-se ao longo de uma malha de alta resolução, que cobriu não só a área ocupada pelo slick como também as águas na vizinhança com características oceânicas costeiras. As medições dos parâmetros condutividade (salinidade), temperatura e profundidade, feitas pela sonda CTD, permitiram caracterizar as propriedades termohalinas das descargas de águas subterrâneas em meio oceânico. 2. DADOS Analisaram-se os valores das precipitações médias acumuladas durante os meses de Inverno na estação climatológica de São Brás de Alportel (localizada a cerca de 30 km dos Olhos de Água) 8ª Assembleia Luso Espanhola de Geodesia e Geofísica 8ª Asamblea Hispano Portuguesa de Geodesia y Geofísica Évora 2014 durante o período de 2000 a 2011 (dados retirados de http://snirh.pt). Os invernos cujas precipitações médias acumuladas excederam 700 mm pareceram ser os mais adequados para originar DAS com caudais relativamente elevados e, consequentemente serem mais facilmente identificados como assinaturas à superfície nas imagens SAR. Os slicks têm um aspecto mais escuro nas imagens SAR, e podem representar a presença à superfície de água menos densa, proveniente de nascentes submarinas. Devido ao aspecto alisado da superfície do mar, as nascentes submarinas localizadas em Avola, no SE da Sicília, são localmente conhecidas como “bolhas” (bugli em Povinec et al., 2006). Uma imagem SAR obtida a 9 de Fevereiro de 2010 (10:43 TU), durante um Inverno particularmente chuvoso está representada na Fig. 1. Esta imagem, com uma resolução no solo de 75 m, mostra um slick, com uma forma aproximadamente circular, com um diâmetro de cerca de 3.5-4.0 km, localizado mesmo em frente aos Olhos de Água e está devidamente assinalado na referida figura. realizaram-se mais 42 estações CTD (representadas por círculos mais escuros na Fig. 2), numa região bastante mais próxima da costa, com profundidades compreendidas entre 2 e 14 m. A localização das 101 (59+42) estações CTD efectuadas na região dos Olhos de Água está representada na Fig. 2. Figura 2 – Localização das 101 estações CTD realizadas na região dos Olhos de Água. (Location of the 101 CTD stations carried out in the Olhos de Água area.) O sistema de posicionamento utilizado na primeira campanha foi um Garmin GPSMAP® 60 CSX sem correcção diferencial. Na segunda campanha, utilizou-se um sistema de posicionamento e sonda incorporada entretanto adquirido (GPSMAP® 421s), que foi instalado a bordo pela primeira vez e testado com sucesso. Nestas duas campanhas procedeu-se à recolha de dados de condutividade, temperatura e pressão, utilizando uma sonda CTD da marca NXIC (Non-eXternal Inductive Conductivity) da Falmouth Scientific, Inc (FSI, EUA). A análise destes parâmetros permitiu identificar os locais na plataforma continental com maior influência de águas provenientes de nascentes de águas subterrâneas, pois estas têm características hidrológicas distintas das águas oceânicas costeiras. 3. Figura 1 – Imagem SAR obtida ao largo do Algarve no dia 9 de Fevereiro de 2010, às 10:43 TU, e que mostra um slick em frente aos Olhos de Água, devidamente assinalado. (SAR image obtained on 9 February 2010, at 10:43 UT, showing a slick offshore Olhos de Água.) A localização geográfica do slick foi essencial no planeamento da campanha oceanográfica, pois pretendia-se cobrir não só a área onde as potenciais DAS poderiam ser encontradas como também as águas circundantes, com propriedades termohalinas características do oceano costeiro. A primeira campanha CTD teve lugar no dia 6 de Novembro de 2012, a bordo da embarcação “ECORECURSUS I” pertencente ao Centro de Ciências do Mar da Universidade do Algarve (CCMAR/UAlg). As reduzidas dimensões da embarcação utilizada, levaram a que a área de estudo ficasse restringida à distância máxima de 3 milhas náuticas da costa (≈ 5.6 km). Face a este constrangimento e, aproveitando as excepcionais condições meteorológicas para este trabalho de mar, elaborou-se um novo plano de estações, desta vez com uma malha muito mais densa do que o previamente planeado. Contudo, nesse dia não foi possível cumprir todo o plano estabelecido e, as más condições meteorológicas e do estado do mar verificadas no dia seguinte impediram a realização das estações mais próximas da costa. Nesta primeira campanha realizaram-se 59 estações CTD, cujas localizações estão representadas por círculos mais claros na Fig. 2, e com profundidades a variar entre 8 e 30 m. No dia 9 de Abril de 2013 realizou-se uma segunda campanha, a bordo da embarcação referida anteriormente, com o objectivo de completar a malha de estações previamente planeada. Desta vez 504 RESULTADOS As observações realizadas nas duas campanhas referidas anteriormente constituem o primeiro conjunto de dados CTD adquirido na plataforma continental do Algarve, numa região muito próxima da costa, com profundidades máximas de 30 m. Para cada uma das 101 estações, traçaram-se os perfis de temperatura, salinidade e sigma-t (densidade), bem como o respectivo diagrama temperatura/salinidade (T/S). Os diagramas T/S de todas estações realizadas nas campanhas de Novembro de 2012 (59) e de Abril de 2013 (42) estão representados na Fig. 3. Nesta figura e ao longo do texto, as campanhas referidas anteriormente, passarão a ser identificadas como 11/2012 e 04/2013, respectivamente. A análise da Fig. 3 mostra que os valores de salinidade observados durante as duas campanhas são praticamente os mesmos, sendo de referir apenas que todas as salinidades na campanha 11/2012 são superiores em 0.1 às observadas na campanha 04/2013. Já no que se refere à temperatura, a diferença entre os valores observados durante as duas campanhas diferem em cerca de 3.0ºC. As estações realizadas durante a campanha 11/2012 decorreram numa situação de transição Verão-Inverno de um ano relativamente quente e seco, e as temperaturas da água do mar observadas estão compreendidas entre 17.5 e 18.5ºC. As estações realizadas durante a campanha 04/2013, tiveram lugar imediatamente após o considerado Inverno oceanográfico, e as temperaturas da água do mar reflectem esse facto, apresentando valores compreendidos entre 14.5 e 16.0ºC. 8ª Assembleia Luso Espanhola de Geodesia e Geofísica 8ª Asamblea Hispano Portuguesa de Geodesia y Geofísica Évora 2014 exactamente, a influência de águas menos salgadas provenientes das DAS. Para uma melhor percepção do comportamento dos parâmetros temperatura e salinidade ao longo da coluna de água, encontrados em estações dos dois grupos referidos anteriormente, apresentamse na Fig. 5 exemplos de perfis obtidos numa estação do grupo A, com características oceânicas costeiras (representada a cinza e com uma profundidade de cerca de 30 m - est. 22) e de uma estação do grupo B, com influência de águas provenientes de descargas de águas subterrâneas (representada a preto e com uma profundidade aproximada de 10 m - est. 43). Figura 3 – Diagrama T/S conjunto das 101 (59+42) estações realizadas nas campanhas 11/2012 e 04/2013. (T/S diagram with all the 101 (59+42) stations carried out during both surveys 11/2012 and 04/2013.) Como as duas campanhas foram realizadas em situações oceanográficas distintas, vão ser aqui analisadas separadamente. 3.1. Campanha 11/2012 Na Fig. 4 está representado o diagrama T/S conjunto de todas as estações realizadas durante a campanha 11/2012. É interessante verificar que os diagramas T/S das 59 estações da campanha 11/2012 se agrupam segundo dois padrões bem distintos. As estações, referenciadas com a letra A na Fig. 4, a que correspondem os valores mais elevados de salinidade em toda a coluna de água e cujos valores de sigma-t apresentam um aumento gradual com a profundidade, estão localizadas essencialmente nas duas linhas mais ao largo (latitudes 37º 02’ 00’’ e 37º 03’ 00’’ N – ver Fig. 2), apresentam características típicas de estações oceânicas costeiras. Figura 5 - Perfis de temperatura e de salinidade obtidos numa estação oceânica costeira (a cinza) e numa estação com influência de descargas de águas subterrâneas (a preto) na campanha 11/2012. (Temperature and salinity profiles obtained in an oceanic coastal station (in grey) and in another station influenced by submarine groundwater discharges (in black) during the 11/2012 survey.) A Fig. 5 mostra um pequeno decréscimo na temperatura e um ligeiro aumento da salinidade da superfície para o fundo, na estação oceânica costeira (representada a cinza) mas, na estação menos profunda (representada a preto) é de salientar a presença de um mínimo de salinidade centrado à profundidade de 5 m, que é também acompanhado por uma diminuição da temperatura, e que se pode interpretar como uma consequência da mistura com as águas provenientes das descargas de águas subterrâneas. A observação de perfis com mínimos de salinidade foi recorrente em todas as estações cujos diagramas T/S foram referenciados como grupo B na Fig. 4, embora a profundidade a que se localizava o mínimo de salinidade não fosse sempre a mesma. Estes mínimos de salinidade foram detectados em 28 estações. 3.2. Campanha 04/2013 Figura 4 – Diagrama T/S conjunto das 59 estações realizadas na campanha 11/2012. (T/S diagram with all the 59 stations carried out during the 11/2012 survey.) As outras estações, identificadas com a letra B na Fig. 4, apresentam diagramas T/S com uma forma completamente diferente do grupo anterior, evidenciam instabilidades na coluna de água (mostrando inversões no sigma-t), muito provavelmente associadas a mistura vertical com águas provenientes das nascentes submarinas. É de salientar que os valores mais baixos de salinidade foram encontrados nestas estações (ver Fig. 4), o que vem reforçar 505 Na Fig. 6 está representado o diagrama T/S conjunto das 42 estações realizadas durante a campanha 04/2013. Convém aqui novamente referir que todas as estações realizadas durante a campanha 04/2013 são pouco profundas, sendo a profundidade máxima 14 m, e estão localizadas numa região muito próxima da costa (ver Fig. 2). Os diagramas T/S da campanha 04/2013 (ver Fig. 6) revelam uma certa semelhança com os padrões obtidos na campanha anterior (ver Fig. 4), sendo aqui evidente que são as águas oceânicas costeiras as que apresentam as temperaturas mais baixas (14.5-15.0ºC) e, consequentemente os valores mais elevados de sigma-t. As estações onde se observam as menores salinidades são também as que evidenciam instabilidades na coluna de água, mostrando igualmente inversões no sigma-t (ver Fig. 6). Na Fig. 7 estão representados os perfis de temperatura e de salinidade obtidos numa estação com influência de águas provenientes de descargas de águas subterrâneas (est. 84 a preto) e 8ª Assembleia Luso Espanhola de Geodesia e Geofísica 8ª Asamblea Hispano Portuguesa de Geodesia y Geofísica Évora 2014 numa estação com características oceânicas costeiras (est. 91 a cinza). O facto dos valores da salinidade serem inferiores na estação oceânica costeira poderá ser devido a processos de mistura que têm lugar não só na vertical (na coluna de água), como também na horizontal. As descargas submarinas podem ocorrer em vários locais da plataforma continental e, como são zonas pouco profundas, são advectadas na horizontal em forma de pluma, indo afectar toda a coluna de água de estações localizadas na trajectória da referida pluma. Também se verificou que nesta campanha, a existência de mínimos de salinidade são uma constante nos perfis de salinidade nas estações com influência das DAS, mas a profundidade a que se localizam nem sempre é a mesma. Estes mínimos de salinidade foram detectados em 16 estações. 4. Figura 6 – Diagrama T/S conjunto das 42 estações realizadas na campanha 04/2013. (T/S diagram with all the 42 stations carried out during the 04/2013 survey.) A estação oceânica costeira, tal como se verificou na campanha 11/2012, apresenta um pequeno decréscimo na temperatura e um ligeiro aumento na salinidade da superfície para o fundo (perfis a cinza na Fig. 7). Na estação com influência de águas provenientes de nascentes submarinas (perfis a preto na Fig. 7) é notória a presença de um mínimo de salinidade centrado à profundidade de 10 m, acompanhado por uma diminuição da temperatura. A análise dos perfis representados na Fig. 7 indica que os valores da temperatura e da salinidade observados na estação oceânica costeira são inferiores aos valores observados na estação com influência das DAS, o que parece à partida um pouco contraditório, especialmente no caso da salinidade. É de realçar que o conjunto de observações realizadas durante as campanhas 11/2012 e 04/2013 constitui uma base de dados que se caracteriza pela sua originalidade, pois para além de ser a primeira vez que se efectuaram medições CTD numa região da plataforma continental tão próxima da costa do Algarve, foi também uma investigação pioneira no domínio das descargas de águas subterrâneas em meio marinho. É de salientar também que a multidisciplinaridade das equipas participantes neste Projecto de I&D foi essencial tanto na partilha de conhecimentos como também na realização das campanhas de mar. Para uma melhor compreensão destas descargas de água doce em meio marinho era essencial proceder a uma monitorização regular da região dos Olhos de Água, quer ao longo do ano, através da realização de campanhas CTD nas várias estações do ano, quer em anos considerados secos ou particularmente chuvosos, pois estes são condicionantes fundamentais para os diferentes caudais das DAS. Finalmente é de referir que a ocupação de uma área da plataforma continental, tão próxima da costa, é relativamente acessível, para a realização de um trabalho de investigação como este que foi aqui descrito, a bordo de uma embarcação de reduzidas dimensões. 5. Figura 7 - Perfis de temperatura e de salinidade obtidos numa estação oceânica costeira (a cinza) e numa estação com influência de descargas de águas subterrâneas (a preto) na campanha 04/2013. (Temperature and salinity profiles obtained in an oceanic coastal station (in grey) and in another station influenced by submarine groundwater discharges (in black) during the 04/2013 survey.) A temperatura apresentar um valor superior nas águas com influência das descargas submarinas parece razoável, pois muitas vezes estas descargas são caracterizadas por temperaturas mais elevadas do que as águas oceânicas circundantes, especialmente se as observações forem conduzidas durante o Inverno, época do ano em que as temperaturas da água do mar atingem os valores mais baixos. É importante referir que a temperatura da água medida nas nascentes da praia apresentou valores praticamente constantes e próximos de 19.0ºC ao longo do ano hidrológico. 506 CONCLUSÕES AGRADECIMENTOS As actividades de investigação descritas neste trabalho foram efectuadas no âmbito do Projecto de I&D “FREEZE – Submarine Fresh Water Discharges: Characterization and Evaluation Study on their Impact on the Algarve Coastal Ecosystems” (PTDC/MAR/102030/2008), que decorreu de 2010 a 2013 e foi financiado pela Fundação para a Ciência e a Tecnologia (FCT) e no âmbito do Projecto PEst-OE/MAR/UI0199/2011, também financiado pela FCT. Francisco Leitão (SFRH/BPD/63935/2009) e Pedro Range (SFRH/BPD/69959/2010) usufruíram de Bolsas de PósDoutoramento financiadas pela FCT. Os autores agradecem a José da Silva a cedência das imagens SAR, disponibilizadas pela ESA, no âmbito de outros projectos de investigação. Um agradecimento muito especial a António Massapina e Isolete Correia, directores das Marinas de Albufeira e de Vilamoura, respectivamente, que disponibilizaram o espaço para a embarcação durante a realização das campanhas de mar. Os autores agradecem também à empresa Algarve Seafaris, Lda., que disponibilizou as suas instalações na Marina de Vilamoura, para se proceder à configuração e manutenção da sonda CTD, no início e no final de cada uma das campanhas de mar. 8ª Assembleia Luso Espanhola de Geodesia e Geofísica 8ª Asamblea Hispano Portuguesa de Geodesia y Geofísica 6. Évora 2014 REFERÊNCIAS Dias J.M.A., T. Boski, A. Rodrigues e F. Magalhães, 2000: “Coast line evolution in Portugal since the Last Glacial Maximum until present - a synthesis”, Marine Geology, 170, 177-186. Povinec P.P., P.K. Aggarwal, A. Aureli, W.C. Burnett, E.A. Kontar, K.M. Kulkarni, W.S. Moore, R. Rajar, M. Taniguchi, J.-F. Comanducci, G. Cusimano, H. Dulaiova, L. Gatto, M. Groening, S. Hauser, I. LevyPalomo, B. Oregioni, Y.R. Ozorovich, A.M.G. Privitera e M.A. Schiavo, 2006: “Characterization of Submarine Groundwater Discharge Offshore South-Eastern Sicily”, Journal of Environmental Radioactivity, 89, 81-101 (doi: 10.1016/j.jenvrad.2006.03.008). Teixeira S.B., 1998: “Identificação e caracterização de arribas Holocénicas submersas ao largo do Algarve (Portugal)”, Com. In. Geol. Min., 84 (1), 35-38. 507