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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.
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