Geofísica: Estudo da Terra

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Geofísica – SBGf. 
Geofísica é o estudo da Terra usando medidas físicas tomadas na sua 
superfície. Nem sempre é fácil estabelecer uma fronteira entre Geologia e 
Geofísica. A diferença fica, primariamente, no tipo de dados com os quais se 
manipula. 
A Geologia envolve o estudo da Terra através de observações diretas de 
rochas que estão expostas na superfície ou de amostras retiradas de poços 
perfurados com esta finalidade e a conseqüente dedução de sua estrutura, 
composição e história geológica pela análise de tais observações. 
A Geofísica, por outro lado, envolve o estudo daquelas partes profundas da 
Terra que não podemos ver através de observações diretas, medindo suas 
propriedades físicas com instrumentos sofisticados e apropriados, geralmente 
colocados na superfície. Também inclui a interpretação dessas medidas para 
se obter informações úteis sobre a estrutura e sobre a composição daquelas 
zonas inacessíveis de grandes profundidades. 
A distinção entre estas duas linhas de ciências da Terra não é muito bem 
percebida. Perfis de Poços, por exemplo, são largamente usados em estudos 
geológicos, embora eles apresentem resultados meramente obtidos em 
observações instrumentais. O termo "Geofísica de Poço" geralmente é usado 
para designar tais medições. 
 
Earthquake Focus 
 
 
De uma maneira geral, a Geofísica fornece as ferramentas para o estudo da 
estrutura e composição do interior da Terra. Quase tudo o que conhecemos sobre 
a Terra, abaixo de limitadas profundidades que os poços e as minas subterrâneas 
atingem, provém de observações geofísicas. A existência e as propriedades da 
crosta terrestre, do manto e do núcleo foram basicamente determinadas através 
de observações das ondas sísmicas geradas por terremotos (figura ao lado), 
assim como por medições das propriedades gravitacionais, magnéticas e térmicas 
da Terra. 
 
Muitas das ferramentas e técnicas desenvolvidas para tais estudos têm sido 
usadas na exploração de hidrocarbonetos e de minérios. Ao mesmo tempo, os 
métodos geofísicos usados nas aplicações de prospecção têm sido aplicados em 
pesquisas mais acadêmicas sobre a natureza do interior da Terra. 
 
Dentre os diversos métodos geofísicos usados para prospecção e pesquisa, os 
principais são: 
 
 
1. Gravitacional 
 
 Mede as variações do campo gravitacional terrestre provocadas por corpos 
rochosos dentro da crosta até poucos quilômetros de profundidade. Estas 
variações são influenciadas pelas diferentes densidades das rochas, tendo as 
mais densas, maior influência no campo gravitacional. A figura abaixo serve para 
ilustrar a variação deste campo gravitacional: um mesmo corpo (massa 
constante) mostrará pesos diferentes para diferentes locais, se as rochas 
subjacentes tiverem densidades diferentes, o que normalmente acontecerá. 
Entretanto, estas variações são de uma magnitude muito pequena, podendo 
apenas ser quantificadas por aparelhos especiais, denominados gravímetros. 
 
 
Fig. 02 – Método Gravitacional 
 
2. Magnético 
 
Este método mede as variações do campo magnético da Terra, atribuídas a 
variações na estrutura da crosta ou na susceptibilidade magnética, de certas 
rochas, próximo à superfície. Emprega-se este método na prospecção de 
materiais magnéticos, como minérios de ferro, principalmente a magnetita. 
 
 
3. Elétricos 
 
Os métodos elétricos fazem uso de uma grande variedade de técnicas, cada uma 
baseada nas diferentes propriedades elétricas e características dos materiais que 
compõem a crosta terrestre. 
 
 
3.1. Resistividade 
 
Este método fornece informações sobre corpos rochosos que tenham 
condutividade elétrica anômala. É empregado pela engenharia para estudos de 
salinidade de lençóis de água subterrânea. 
 
Fig. 03 – Resistividade 
 
 
 
 
 
 
 
 
3.2. Potencial Espontâneo 
 
É usado para detectar a presença de certos minerais que reagem com eletrólitos 
na subsuperfície de maneira a gerar potenciais eletroquímicos. Um corpo de 
sulfeto oxidado mais no seu topo do que na sua base dará origem a tais 
correntes elétricas, que são detectadas na superfície com o auxilio de eletrodos 
e galvanômetros. 
 
 
Fig.04 – Potencial Espontâneo 
3.3. Polarização Induzida 
 
 
 
 
Fornece leituras diagnósticas onde existem trocas iônicas na superfície de grãos 
metálicos, tal como acontece em sulfitos. 
 
 
 
Fig. 05 – Reflexão 
 
 
3.4. Magnetotelúrico 
 
Usa correntes naturais no interior da Terra e as anomalias são procuradas 
quando da passagem destas correntes através dos materiais. É bastante 
empregado na Rússia no mapeamento de bacias sedimentares no início de uma 
prospecção para petróleo. 
 
 
 
3.5. Eletromagnético 
 
Como o nome sugere, este método baseia-se na propagação de campos 
eletromagnéticos de baixas freqüências que variam ao longo do tempo, de dentro 
para fora e de fora para dentro da Terra. Este método é mais comumente usado 
na prospecção mineral 
. 
 
 
4. Sísmicos 
 
São os métodos que baseiam-se na emissão de ondas sísmicas artificiais em 
sub-superfície ou no mar (geradas por explosivos, ar comprimido, queda de pesos 
ou vibradores), captando-se os seus "ecos" depois de percorrerem determinada 
distância para o interior da crosta terrestre, serem refletidas e refratadas nas suas 
descontinuidades e então retornando à superfície. Distinguimos dois tipos de 
métodos sísmicos: 
 
 
Reflexão: 
 
Neste método, observa-se o comportamento das ondas sísmicas, após 
penetrarem na crosta, serem refletidas em contatos de duas camadas de 
diferentes propriedades elásticas e retornarem à superfície, sendo, então, 
detectadas por sensores (geofones ou hidrofones). É o principal método usado na 
prospecção de hidocarbonetos (petróleo e gás) por fornecerem detalhes da 
estrutura da crosta, bem como de propriedades físicas das camadas que a 
compõem. 
 
 
Refração: 
 
Aqui as ondas sísmicas propagam-se em sub-superfície e viajam a grandes 
distâncias, sendo após captadas por sensores (geofones). As informações 
obtidas por este método geralmente são de áreas em grande escala, trazendo 
informações pouco detalhadas das regiões abaixo da superfície, situadas entre o 
ponto de detonação e o ponto de captação. 
 
Radioativo 
 
Este método baseia-se nas propriedades radioativas de certos minérios 
(minerais de urânio são bons exemplos). Através de aparelhos especiais 
(contadores geiger e cintilômetros) estes minérios podem ser detectados a partir 
da superfície da Terra. 
 
Perfilagem de Poços 
 
 
 
Os perfis de poços são usados principalmente na prospecção de petróleo e de 
água subterrânea. Eles têm sempre como objetivo principal, a determinação da 
profundidade e a estimativa do volume da jazida de hidrocarboneto ou do 
aquífero. Para fazer uma perfilagem em um poço, são usadas diversas 
ferramentas (sensores) acopladas a sofisticados aparelhos eletrônicos. Estes 
sensores são introduzidos poço adentro, registrando, a cada profundidade, as 
diversas informações relativas às características físicas das rochas e dos fluidos 
em seus insterstícios (poros). As ferramentas utilizam diversas características e 
propriedades das rochas, que podem ser elétricas, nucleares ou acústicas. Com 
os sensores elétricos, detecta-se, por exemplo, a resistividade das rochas e a 
identificação das mesmas se dá através de comparações dos valores obtidos na 
perfilagem com os valores das resistividades de diversas rochas conhecidas e 
determinadas em testes de laboratório. Com os sensores nucleares, detecta-se a 
intensidade de radioatividade das rochas e dos fluidos em seus poros, podendo-
se inferir a composição mineralógica das mesmas. Com as ferramentas acústicas, 
ultra-sons são emitidos em uma ponta da ferramenta a intervalos regulares e 
detectadosem sensores na outra ponta. O tempo que o sinal sonoro levou para 
percorrer esta distância fixa e conhecida (chamado de tempo de trânsito) através 
da parede do poço (ou seja, pela rocha) é medido e gravado no perfil. O 
geofísico, mais tarde, compara estes tempos de trânsito com os tempos 
determinados em laboratório para rochas de composições conhecidas, inferindo, 
desta maneira, as composições mineralógicas das rochas atravessadas pelo poço 
e determinando suas profundidades. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
FIGURAS 
 
 
Fig. 02 – Método Gravitacional 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 03 – Resistividade 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig.04 – Potencial Espontâneo 
 
 
 
Fig. 05 – Reflexão 
 
 
 
Fig. 06 – Refração 
 
 
 
Fig. 07 – Radioativo 
 
 
Fig.08 – Perfilagem de Poços 
Geoquímica 
É o ramo da ciência geológica que estuda a química do planeta. A geoquímica 
aplica os princípios químicos aos processos que governam a abundância e 
distribuição dos elementos nas diversas partes da Terra e nos corpos celestes 
(cosmoquímica). A geoquímica procura entender as leis que governam a 
distribuição dos elementos químicos nos diversos materiais que compõem o 
interior e a superfície da Terra: magmas, rochas, minerais, minérios, água, etc. 
Não há consenso entre os diversos autores quanto ao período da história que 
se pode designar como o início da geoquímica. Alguns sugerem que os 
trabalhos de George Bauer (Agrícola), conhecido como pai da Mineralogia, no 
século 16, podem ser considerados como o início desse ramo da geologia. 
Bauer nasceu na cidade mineira de Freiberg (Saxônia), na Alemanha. 
Trabalhou como químico no laboratório da mina. Observando as minas, sugeriu 
que as rochas eram decompostas na superfície da Terra pela água da chuva. 
Posteriormente, a circulação da água subterrânea formava novas rochas em 
grandes cavernas subterrâneas. Bauer não tentou quantificar as reações 
químicas envolvidas, mas observou que a solução e deposição por fluidos 
circulantes tinham um papel fundamental na formação do minério. Seus 
trabalhos estão documentados no primeiro livro-texto de geologia e mineração: 
De Re Metallica. 
Os trabalhos de James Hutton (1726-1797), pai da Geologia, e Abraham 
Werner (1750-1817) baseavam-se fortemente no conhecimento de química que 
ambos possuíam. Hutton defendia a tese da formação de todas as rochas por 
processos magmáticos – cristalização, a partir de um fundido seco 
(plutonismo), enquanto Werner acreditava que todas as rochas eram formadas 
pela precipitação de material dissolvido na água do mar (netunismo). 
Na primeira metade do século 20, entretanto, é que a geoquímica ganha 
destaque como um ramo da geologia, principalmente com os trabalhos de N. L. 
Bowen, V. M. Goldschmidt e S. S. Goldich. Bowen era um cientista respeitado 
e trabalhou no Carnegie Geophysical Laboratory, em Washingotn, D. C. (1910-
1930). Apesar do nome, boa parte dos trabalhos realizados no laboratório 
tratava da geoquímica de altas temperaturas. Bowen realizou o primeiro 
experimento sistemático de laboratório sobre a cristalização das rochas ígneas 
e desenvolveu importantes diagramas de fase geológicos. Goldschmidt é 
lembrado como o pai da Geoquímica Quantitativa. Ele publicou o primeiro 
estudo geoquímico dos elementos e o primeiro livro-texto abrangente de 
geoquímica quantitativa (1920-1945). Goldich, (1930-1940), publicou 
numerosos artigos sobre a geoquímica das reações de intemperismo e estudos 
sobre equilíbrio mineral em baixa temperatura. 
Na segunda metade do século 20 importantes trabalhos de diversos cientistas 
alargaram o campo da geoquímica, valendo citar, entre os principais: H.L. 
Barnes - Geoquímica dos Depósitos Hidrotermais: H.C. Helgeson - Geoquímica 
das Soluções Aquosas de Baixa Temperatura; H.D. Holland -- Geoquímica da 
Água do Mar; F.D. Bloss - Cristaloquímica; Konrad Krauskopf - Termodinâmica 
Geoquímica; Brian Mason -- Cristaloquímica; e R.M. Garrels and C. Christ – 
Geoquímica das Soluções Aquosas. 
Nascida como um ramo da geologia, a partir do casamento desta com a 
química, a geoquímica hoje pode, por sua vez, ser dividida em diversas 
subdisciplinas: Cristaloquímica, Geoquímica de Alta Temperatura, Geoquímica 
de Baixa Temperatura (geoquímica dos processos exógenos), Geoquímica 
Oceânica, Geoquímica Orgânica, Geoquímica dos Isótopos, Geoquímica 
Ambiental e Geoquímica de Exploração Mineral ou Prospecção Geoquímica 
(1). 
A Geoquímica de Exploração Mineral, ou Prospecção Geoquímica, utiliza os 
princípios da distribuição dos elementos na natureza na busca de indicações 
para a localização de depósitos minerais de valor econômico. Seu uso 
intensificou-se na década de 1940, com o emprego de técnicas 
crescentemente sofisticadas nos trabalhos de exploração mineral. A 
descoberta, em 1955, por Sir Alan Walsh, da Austrália, da possibilidade de se 
usar o fenômeno da absorção atômica para a medição do teor de elementos 
químicos nos materiais analisados, levou à criação do espectrômetro de 
absorção atômica, permitindo a realização de análises químicas de minerais e 
rochas a baixo custo e com grande rapidez. O desenvolvimento de modelos 
portáteis, para uso no campo, levou a um incremento muito rápido da 
prospecção geoquímica, principalmente na Austrália, Estados Unidos, Canadá, 
na antiga União Soviética, Países Escandinavos e África do Sul. 
No Brasil, na década de 1970, ocorreu um intenso movimento de exploração 
mineral com a criação de uma empresa federal de pesquisa mineral, a CPRM, 
diversas empresas estaduais, entre elas a CBPM, e a chegada de diversas 
empresas multinacionais. Todas as regiões do país foram palco de trabalhos 
de exploração mineral que envolvia mapeamento geológico, prospecção 
geofísica e prospecção geoquímica. 
A grande diversificação e ampliação do espectro de abrangência da 
geoquímica nos dias atuais fizeram desta disciplina uma ferramenta de escolha 
não só nos vários campos da pesquisa científica, como também na solução de 
problemas em diversas áreas das atividades humanas. 
No campo da pesquisa científica básica a geoquímica é fundamental nos 
estudo da gênese e evolução das rochas ígneas, metamórficas e 
sedimentares; no estudo da distribuição e migração dos elementos e seus 
isótopos entre as diversas partes que compõem o planeta, assim como na 
gênese e distribuição dos depósitos minerais na crosta terrestre. 
No âmbito das aplicações da geoquímica como disciplina auxiliar no 
atendimento das diferentes necessidades da sociedade contemporânea 
destacam-se a prospecção geoquímica e a geoquímica ambiental. 
A prospecção geoquímica, utilizada principalmente na busca de recursos 
minerais, tem desempenhado um grande papel na descoberta de importantes 
jazidas minerais nos últimos 50 anos, em todo o mundo. Nesse aspecto, seus 
grandes usuários têm sido os serviços geológicos nacionais e estaduais em 
diversos países do mundo, assim como as grandes empresas de mineração 
multinacionais. Além da exploração mineral voltada para os depósitos de 
minérios metálicos, a prospecção geoquímica também tem sido utilizada na 
procura por minerais radioativos e combustíveis fósseis. Dados geoquímicos 
são úteis no estudo dos ambientes deposicionais, e a geoquímica de superfície 
pode ajudar a determinar a probabilidade de se encontrar óleo ou gás em 
profundidade. 
A geoquímica ambiental tem uma história mais recente, porém de grande 
desenvolvimento nas últimas décadas. Seu campo é vasto, abrangendo o 
estudo da química dos oceanos, desde o fluxo de poluentes nas zonas 
costeiras, aos efeitos hidrotermais nas zonas profundas; o estudo da 
distribuição do dióxidode carbono e outras substâncias na atmosfera, como, 
por exemplo, as emissões industriais que provocam as chuvas ácidas; o estudo 
das águas superficiais de lagos e rios e das águas subterrâneas, importante na 
determinação da qualidade das águas para consumo humano; e o estudo dos 
efeitos nocivos à saúde humana dos resíduos urbanos e dos defensivos 
agrícolas. Técnicas geoquímicas de amostragem, análise e estatística de 
águas e sedimentos superficiais permitem separar anomalias geoquímicas 
naturais de anomalias oriundas de atividades humanas e assim auxiliar na 
prevenção ou remediação de danos ecológicos. Como um instrumento de 
diagnóstico e monitoramento do meio ambiente, a geoquímica também inclui 
entre seus grandes usuários os governos nacionais, estaduais e municipais, as 
organizações não-governamentais com preocupações ecológicas e empresas 
privadas com grandes projetos industriais, que necessitam avaliar os impactos 
negativos que suas atividades podem causar ao meio ambiente.