Tratamento laboratorial das amostras recolhidas na Plataforma Continental do Algarve. Análise e processamento dos dados Autores: Valerija Butorac (1); Mihaela Tudor (2)
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[email protected] Resumo: Este artigo visa a abordar as metodologias laboratoriais, a análise e o processamento de sedimentos superficiais da plataforma continental interna do litoral algarvio. Foram utilizados dados pontuais de 8 amostras recolhidas em 2013 e sujeitas ao tratamento laboratorial com vista à sua caracterização textural o que permitiu posteriormente o cálculo dos parâmetros estatísticos baseados na repartição das amostras por calibres de modo a perceber as características do fluxo sedimentar ao longo da plataforma continental. Palavras-chave: granulometria, calcímetro, teor de matéria orgânica, GRADISTAT, plataforma continental do Algarve.
INTRODUÇÃO AMOSTRAGEM E METODOLOGIA O litoral algarvio é caracterizado por elevada variabilidade no que respeita o clima de agitação marítima, sendo o litoral a norte do Cabo S. Vicente aberto a agitação marítima dominante de NW, enquanto o setor virado a sul abrigado das condições dominantes do Atlântico. Segundo Pires (1989) 80% das situações ocorridas ao longo do ano correspondem ao rumo de NW de elevada energia das ondas. Contudo, no setor algarvio ocorrem situações extremas específicas do Algarve (Mar de Levante) caracterizadas por ondulação bastante energética associada a depressões muito cavadas e complexas centradas a SW de Cabo São Vicente. Deste modo, os regimes dos ventos no varrido geram padrões na circulação superficial das águas, favorecendo movimentos verticais das massas da água (upwelling) e horizontais (corrente da deriva litoral) responsáveis pelo transporte dos sedimentos ao longo da margem continental. Esta corrente é extremamente importante na dinâmica sedimentar da margem continental, pois contribuí para distribuição longilitoral dos sedimentos fornecidos pelos cursos da água, pela evolução da praia, ou resultados da erosão das arribas (Neves, 2006). Por outro lado, o deslocamento das águas superficiais impelidas pela ação do vento de acordo com a espiral do Ekman não é bem igual à direção do vento. Dentro de uma massa de água superficial a defleção aumenta com a profundidade, sendo de 45˚ à superfície e vai aumentando com a profundidade de tal forma que a direção da toda a coluna da água faz um ângulo de 90˚ com a direção do vento (Pereira, 2001). A deflação das águas na profundidade favorecem também o transporte dos sedimentos para o largo. Portanto, a análise textural dos sedimentos pode fornecer informações valiosas sobre os mecanismos envolvidos na formação, transporte, padrões de dispersão e deposição dos sedimentos, bem como os regimes hidrodinâmicos associados.
A metodologia baseia-se na análise textural das 8 amostras recolhidas à superfície ao longo da plataforma continental meridional entre 22 de junho e 8 de julho de 2013 no âmbito dos projectos realizados pelo EMEC (Estrutura de Emissão para Extensão de Plataforma Continental) e cujas profundidades variam entre 4m e 27,4m abaixo do nível médio do mar. As amostras foram referenciadas com recurso aos programas ArcGis.10.2 e Coreldraw x7, respeitando a sua designação (nome da sondagem) e a profundidade, utilizando os dados hipsobatimétricos descarregados do Instituto Hidrográfico. O tratamento laboratorial compreende a determinação do conteúdo em matéria orgânica, do teor em carbonato de cálcio e a análise granulométrica dos sedimentos. Para a
determinação de teor em matéria orgânica (M.O.) foram seleccionadas previamente amostras para análise com base na cor, assumindo-se que as areias limpas apresentam valores nulos de teor em M.O. O conteúdo em M.O. foi determinado pela perda de peso por queima na mufla (LOI- Loss of Ignition) a 500˚C durante 2 horas de 2g de sedimento seco retirados da cada amostra analisada, classificados posteriormente de acordo com os limiares definidos por Costa (2001) citado por Lopes (2013). O teor em carbonato de cálcio foi determinado pelo método gasométrico utilizando o calcímetro EIJKELKAMP e segundo a norma fornecida pelo fabricante. O procedimento implica um ensaio preliminar do conteúdo de carbonato com base na reacção com HCL (concentração 4mol/L) de 1g de sedimento para avaliar a massa de amostra a analisar. A granulometria implica a separação previa da fração grosseira (> 63μm) e fina (< 63μm) por via húmida
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recorrendo a um crivo de 63μm.Embora ao longo do tempo definiram-se várias classes texturais, optou-se pela classificação do Uden-Wentworth em 4 classes texturais: cascalho, areia, silte e argila (Dias,2004).Em relação à fração fina, não foi executada a granulometria e apenas medida a percentagem para cada amostra. No que respeita a fração grosseira (> 63μm) utilizou-se o método de peneiração num agitador mecânico durante 15 min constituído por uma coluna de peneiros de intervalo de 0,5ϕ*. A análise estatística dos sedimentos é feita a partir das curvas granulométricas (frequências simples e acumuladas) em comparação com a distribuição normal (gaussiana) usando os valores pesados e registados correspondentes à cada classe granulométrica de modo a usar a informação para determinação dos parâmetros estatísticos de distribuição (método gráfico- Parâmetros de Folk e Ward e método dos momentos-Parâmetros de Friedman) descritos por Dias (2004), Carvalho (2005) com recurso ao programa GRADISTAT de acesso livre. (Tabela I).
ÁREA DE ESTUDO No verão de 2013 foram recolhidas 11 amostras de sedimentos superficiais da plataforma continental algarvia pela equipa de mergulhadores do EMEPC (Tabela I), dos quais 8 foram sujeitas ao tratamento laboratorial e estatístico (Figura 1). Localizada na plataforma continental do Algarve (sul do Portugal), a área de estudo de cerca 160 Km de comprimento desde Sagres até a foz do Guadiana desenvolve-se em formações cujas idades diminuam a medida que avançámos para leste (Dias, 1989). De ponto de vista geomorfológico a plataforma continental corresponde à uma forma de arrasamento de perfil transversal unido ou marcado por uma escadaria de patamares (Pereira,1991).Segundo mesma autora, a plataforma continental algarvia relativamente estreita e com rebordos entre -140 e -160m é dominada pelas sequências progradativas plio-quaternária, interpretadas como o resultado da subsidência local ainda mais acentuada para o oriente (D. Mougeneut, 1985 In. Pereira,1991).Morfologicamente há uma diferenciação W-E, sendo o setor ocidental fragmentado por uma séria de falhas e constituído por compartimentos tectónicos de rebordos acentuados, enquanto no setor oriental o perfil transversal da plataforma continental apresenta declives muito mais suaves.
Tabela I. Classificação granulométrica dos sedimentos com base nos parâmetros estatísticos. Extraído de Lopes (2013)
Tabela II. Identificação e profundidades das amostras. Amostras a vermelho não analisadas
Figura 1. Localização das amostras
Nota: *Escala ϕ- modificação da escala Wentorth proposta por Krumbein (1934) utilizando as potências de 2 de escala Wentworth como base de uma escala logarítmica alterada posteriormente por Dean McManus (1963) de modo a facilitar a aplicação dos métodos estatísticos.
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RESULTADOS Os resultados obtidos apontam algumas similaridades entre as amostras; contudo, as discrepâncias identificadas sugerem diferentes fontes de sedimentação em função da localização ou de circulação das águas superficiais. No que respeita a M.O. as 3 amostras sujeitas a essa análise apresentam conteúdos médios a moderadamente altos (segundo classificação descrita in Costa,1991).O conteúdo mais elevado de M.O. apresenta a amostra 59 localizada na proximidade do Estuário do Rio Arade (Portimão), mostrando uma predominância dos sedimentos fluviais, ricos em M.O sobre os marinhos. Outras 2 amostras (6 e 13) apresentam valores médios de M.O. provenientes provavelmente da Ria Formosa rica em sedimentos lagunares de baixa energia (Andrade, et.al.,2004).A sedimentação em condições de baixa energia é também confirmada pela presença de vasas nestas duas amostras- areias vasosas (segundo a classificação do Fleming, 2000) e areia pouco vasosa na amostra 59. No que respeita o teor em CaCO3, segundo a classificação do Baize (1988), quase todas as amostras apresentam sedimentos muito carbonatados que se devem principalmente aos fragmentos de conchas existentes, com uma ligeira diminuição nas amostras 6 e 38 de reduzidas condições hidrodinâmicas. A análise dimensional dos sedimentos baseia-se nos dois métodos de cálculo (método dos momentos e método gráfico) dos principais parâmetros: média, desvio padrão, assimetria e curtose em 6 amostras. Os momentos estatísticos (1º,2º,3º,4º) correspondentes aos parâmetros granulométricos referidos (média, desvio padrão, assimetria, angulosidade) propostos por Friedman baseiam-se no momento estatístico de uma curva granulométrica em escala ϕ sendo definido como o produto de frequência F da população contida numa dada classe dimensional, ou seja a distância que separa o ponto médio da respetiva origem (Friedman,1978;G.de Carvalho,2005). O método de momentos é o mais preciso, uma vez que emprega toda a população da amostra. No entanto, como consequência, as estatísticas são gravemente afetadas por valores extremos nas caudas da distribuição, e essa forma de análise não deve ser usada a menos que a distribuição do tamanho é totalmente conhecida (McManus, 1988 in Friedman, 1978). Embora o método dos momentos estivesse mais sensível aos processos ambientais, o método gráfico é de maior utilidade devido principalmente a sua representação gráfica dos respetivos parâmetros. A média, ou seja o diâmetro médio dos grãos dá-nos informações sobre a fonte de sedimentação, em função da sua energia, sendo os sedimentos mais grosseiros indicadores de ambientes mais energéticos.
Com base nos valores médios foram identificadas 4 classes texturais: cascalho arenoso (amostras 90 e 59), areias (amostra 119), areia cascalhenta (amostra 54) e areia ligeiramente cascalhenta (38 e 107). A classificação das amostras baseada na classe textural foi representada num diagrama triangular (proposto por Folk em 1954), em que são representados proporcionalmente os conteúdos em cascalho, areia ou lodo e a razão areia/lodo usando-se as fronteiras proporcionais 9:1,1:1, 1:9,verificando-se em todas as amostras a razão areia/lodo de 9:1.Segundo Dias (2004) a quantidade de cascalho é extremamente importante, mesmo em quantidades reduzidas, pois a sua presença é função das velocidade máximas da corrente aquando da deposição. Das todas as amostras, 3 apresentam valores elevados de cascalho (Figura 2) (90,54,59) com 32,8%, 23,8% e 31,9% respetivamente, sendo as restantes com valores muito reduzidos ou mesmo nulos (eg. amostra 119).
Figura 2. Diagrama triangular para a classificação dos sedimentos grosseiros segundo Folk (1954)
No que respeita a classificação dos sedimentos finos segundo o diagrama triangular de Folk, não se verificou a presença de lodo em nenhuma das amostras analisadas. O desvio padrão, como medida de dispersão é usado como índice de calibragem e indica modificações no regime de meio de sedimentação. Verifica-se que as amostra 119 e 107 apresentam menores valores do desvio padrão (0,435 e 0,460), ou seja com sedimentos bem calibrados, onde todas as populações têm diâmetros mais próximos da média. A amostra 38 é composta por sedimento moderadamente calibrado, sendo as restantes amostras fracamente calibradas. A correlação entre o diâmetro médio (ϕ) e o desvio padrão mostra claramente uma tendência na diminuição qualitativa da calibração a medida que os diâmetros dos grãos encontram-se mais afastados da média (Figura 3).
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Figura 5. Correlação entre o diâmetro médio e curtose (angulosidade) Figura 3.Correlação entre o diâmetro médio e o desvio padrão
Outro parâmetro calculado é assimetria como um indicador importante da curva de distribuição. Verificouse uma distribuição simétrica em três amostras (90,119 e 59) o que indica sedimentos bastante evoluídos, maduros (Galopim de Carvalho,2005).Ao contrário, as restantes amostras (38,54,107) apresentam curvas assimétricas negativas, ou seja com um excesso de sedimentos grosseiros (Figura 4). Figura 6. Correlação entre a calibração e curtose (angulosidade)
Figura 4. Correlação entre o diâmetro médio e assimetria
Kurtosis ou a acuidade da curva de distribuição é outro parâmetro estatístico que quantifica a angulosidade da curva relativamente à curva normal através da comparação dos comprimentos das caudas da distribuição com à parte central (Dias,2004). Segundo a classificação proposta por Folk (1968), três amostras apresentam uma distribuição normal (curtose mesocúrtica). Verificou-se uma curva de distribuição leptocúrtica na amostra 107, platicúrtica (na amostra 59) e muito platicúrtica (amostra 90) e mesocúrtica nas restantes amostras. A correlação entre este parâmetro e o diâmetro médio e/ou a calibração não mostra nenhuma tendência clara, verificando-se curvas de distribuição mesocúrtica nas amostras com diferentes graus de calibração de bem calibrada a mal calibrada (Figura 5 e 6).
No entanto, a distribuição da curva poderá ser correlacionada com a distribuição do sedimento melhor ou menor calibrado ao longo da toda a amostra. Verificou-se neste sentido que uma distribuição dos sedimentos bem calibrados na parte central da curva na amostra 107 corresponde a uma curva leptocúrtica. Por outro lado, as amostras 59 e 90 apresentam uma maior calibração nos extremos do que na parte central o que corresponde a uma curva platicúrtica ou muito platicúrtica, consoante a maior ou menor frequência destes sedimentos. Estes resultados são também confirmados pela curva de distribuição de Phi para cada classe textural. Verificou-se uma tendência de concentração entre 0ϕ e 3ϕ em 2 amostras (119,107) com uma percentagem significativa de distribuição do Phi entre 1ϕ-1,5ϕ (45% e 50% respetivamente). Alguma similaridade com estas duas amostras apresenta a amostra 38, mas ainda com uma pequena população entre -2,75ϕ e 2ϕ.Nas restantes amostras a distribuição do ϕ é compreendida entre -3ϕ e 2,5-3ϕ, com uma percentagem máxima de sedimento nas classes 1ϕ e 2,5ϕ na amostra 90 e uma percentagem máxima concentrada na classe textural -2,5ϕ na amostra 59. A amostra 54 embora tenha uma maior concentração do phi nas classes 0 ϕ e 1,5ϕ, apresenta ainda uma frequência significativa dos sedimentos no sentido dos grosseiros (Anexos). Em relação a curva cumulativa dos sedimentos foram identificadas nomeadamente populações de saltação e
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uma pequena população de rolamento e araste, que em conjunto correspondem ao espraio e refluxo da onda (Dias, 2004). DISCUSSÃO Os resultados alcançados apontam para identificação de três tipos de sedimentos associados a uma dinâmica sedimentar diferente em vários setores da costa algarvia. De modo geral realça-se um padrão de aumento de granulometria para oeste, setor sujeito a um clima de agitação marítima mais energético e sob a influência da Nortada favorecendo o upwelling e consequentemente uma dinâmica marinha bastante energética, mas também na proximidade do Estuário do Rio Arade (setor central) responsável pelo transporto dos sedimentos fluviais mais grosseiros e mal calibrados, mas com elevado conteúdo de matéria orgânica. As amostras 119 e 107 apresentam sedimentos constituídos por areias bem calibradas, devido essencialmente a configuração da linha da costa. A localização numa área abrigada favorece a acumulação dos sedimentos médios neste setor induzidos também pela corrente de deriva litoral. O setor oriental (amostras 6 e 13) caracteriza-se por presença de areias vasosas e com valores médios de matéria orgânica, provenientes provavelmente da Ria Formosa rica em sedimentos lagunares depositados em condições de baixa energia (Andrade, et.al.,2004).O elevado teor em carbonato em quase todas as amostras é dado pela presença de material biogénico, nomeadamente fragmentos de conchas que podem atingir dimensões consideráveis no setor ocidental associadas não só a energia hidrodinâmica mas também à localização desta amostra na proximidade da linha de costa. No entanto, a própria morfologia da plataforma continental fragmentada por uma seria de falhas nomeadamente neste setor pode influenciar o fluxo sedimentar favorecendo um aporto de sedimentos grosseiros ao longo dos vales submarinos. No setor oriental a plataforma continental apresenta um declive mais suave com um perfil transversal mais unido, onde a sedimentação ocorre em ambientes menos energéticos. Em termos gerais a distribuição espacial destes parâmetros, nomeadamente o grau de calibração indica uma boa correlação entre a calibração e o agente predominante de sedimentação. CONCLUSÕES Certas características dos sedimentos marinhos sugerem uma correlação com os movimentos ondulatórios de onda. A oscilação que gera uma onda pode causar uma turbulência que produz uma excelente calibração e uma reduzida população de saltação. As correntes fortes impedem a remoção da população grosseira ou o seu transporte por saltação. A população suspensão fina existente nestes sedimentos está relacionada com a quantidade de material em suspensão e com a quantidade da água turbulenta na interface do sedimento.
Agradecimentos Os autores agradecem aos Professores Doutores Conceição Freitas e César Andrade do Departamento de Geologia da Faculdade de Ciências, Universidade de Lisboa pela cedência de informação e pelo apoio fornecido na realização deste trabalho prático. REFERÊNCIAS ANDRADE C, FREITAS M C, MORENO J, CRAVEIRO S C (2004) - Stratigraphical evidence of Late Holocene barrier breaching and extreme storms in lagoonal sediments of Ria Formosa, Algarve, Portugal. Marine Geology 210, pp. 339-362 DIAS J M A (2004) - A análise sedimentar e o conhecimentos dos sistemas marinhos. Capítulo V (Versão preliminar) FREITAS C, ANDRADE C et.al. (2003)- Lateglacial and Holocene Environmental changes in Portugese Coastal lagoond 1: the sedimentological and geochemical records of the Santo Andre coastal area, The Holocene 13,3 FRIEDMAN, G.M. & SANDERS, J.E. (1978) Principles of Sedimentology. Wiley: New York, 792p. GALOPIM DE CARVALHO, A M (2005) - Geologia Sedimentar, Volume II-Sedimentologia LOPES V (2013) -Modelação geológica tridimensional: aplicação à evolução da Várzea da Pederneira (Nazaré). Dissertação de mestrado, Universidade de Lisboa, 131p. NEVES, M (2006) ‐ Os Sistemas Litorais da Estremadura Norte. Classificação e caracterização geomorfológica. SLIF 4, Centro de Estudos Geográficos, Lisboa. OLIVEIRA A, SANTOS A I, RODRIGUES A, VITORINO J (2007) - Sedimentary particle distribution and dynamics on the Nazaré Canyon System and adjacent shelf (Portugal) .Marine Geology 246 , pp 105–122. Instituto Hidrográfico, Rua das Trinas, 49, 1249-093 Lisboa, Portugal. PIRES H O (1989) – Alguns aspectos do clima de agitação marítima de interesse para a navegação na costa de Portugal. O Clima de Portugal, Fasc. XXXVII, Vol.2, Instituto Nacional de Meteorologia e Geofísica, Lisboa PREOTEASA L, VESPEREANU-STROE A (2010) Grain-Size Analysis of the Beach-Dune Sediments and the Geomorphological Significance. Revista de Geomorfologie, Vol.12, pp.73-79, Bucharest University, Faculty of Geography RAMOS‐PEREIRA A (2001) ‐ O(s) Oceano(s) e as suas Margens. Instituto de Inovação Educacional, Cadernos de Educação Ambiental, nº5º5, Lisboa, 123p. SIMON J. BLOTT AND KENNETH PYE (2001) Gradistat: a grain size distribution and statistics package for the analysis of unconsolidated sediments. Earth Surface Processes and Landforms VISHER GLENN S (1969) - Grain size distribution and deposicional processes. Journal Of Sedimentary Petrology, Vol.39, No 3,1074-1106, Figs1-21, University of Tulsa, Oklahoma
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ANEXOS
Gráficos de distribuição de Phi para cada classe textural em todas as amostras
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