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1 Roteiro de Estudo Geologia aplicada à Engenharia Civil: tecnologia em solos e geotecnia Valter Machado da Fonseca Objetivos Roteiro de Estudo 1 Ao concluir a leitura e a refl exão sobre os principais tópicos deste roteiro, esperamos que você seja capaz de: identifi car os principais elementos e aspectos que incidem sobre a dinâmica interna da Terra; identifi car as consequências do desequilíbrio ocasionado pela ação antrópica sobre o conjunto de forças que atuam sobre a dinâmica interna da Terra; analisar os processos de atuação das placas tectônicas sobre a formação do relevo e das estruturas geológicas; examinar as causas e efeitos da dinâmica interna da Terra sobre as estruturas geológicas; identifi car as causas que levam à deformação das rochas e estruturas geológicas; discutir a importância do estudo da dinâmica interna do planeta para o efetivo planejamento das construções e edifi cações da Engenharia Civil; correlacionar os estudos e planejamentos das obras da construção civil, com a necessidade de uma abordagem que permita a sustentabilidade socioambiental dos recursos da natureza. • • • • • • • Considerações iniciais No roteiro, “Formações geológicas, elementos de geotecnia e sua aplicação na construção civil”, tratamos dos elementos geológicos, das formações geológicas sob a perspectiva de uma visão panorâmica acerca da dinâmica externa da Terra. Estudamos alguns conceitos signifi cativos para o entendimento das forças que incidem, diretamente, sobre a crosta terrestre, bem como as transformações ocorridas na superfície do planeta, em decorrência da ação dessas forças. Neste sentido, analisamos os aspectos relativos à ação geológica decorrentes das variações de temperatura, da ação mecânica das raízes dos vegetais, da decomposição química das rochas, do congelamento das águas, das atividades geológicas das águas continentais de superfície, o processo de erosão fl uvial e pluvial, as atividades geológicas dos ventos, do gelo e do mar, dentre outros importantes aspectos. 2 Roteiro de Estudo Fizemos ainda importantes considerações sobre a dinâmica da Terra, sobre as propriedades das rochas, bem como sua importância para a construção civil. Assim, naquela unidade de estudo, fi zemos as considerações iniciais sobre a aplicabilidade da Geologia à Engenharia Civil. Podemos dizer, desta forma, que em nosso estudo anterior construímos as bases teóricas para compreendemos a relevância dos estudos geológicos para as edifi cações dos diversos setores da Engenharia Civil. Pois bem! Neste roteiro, que ora iniciamos, faremos um aprofundamento das análises que fi zemos na unidade passada e aprofundaremos nossas pesquisas sobre a dinâmica interna da Terra. Isto signifi ca dizer que somaremos aos estudos acerca da dinâmica externa, também agora as análises relativas à dinâmica interna, como vulcanismo, atividades sísmicas, orogenia, elementos da tectônica de placas, deformações de rochas, formação dos solos, além de um breve estudo sobre as águas subterrâneas e alguns elementos de fotointerpretação. Portanto, prezados (as) alunos (as)! O estudo que ora iniciamos é de fundamental relevância para os profi ssionais do ramo da construção civil, pois, nos permitirá ter uma noção sobre uma série de problemas que não são facilmente identifi cáveis, que não são visíveis com facilidade, pois têm sua origem no interior da Terra e podem ser determinantes para o sucesso ou o fracasso das edifi cações da construção civil. Assim, esse estudo é fundamental para que possamos planejar ações no campo da Engenharia civil, de forma a preservar a segurança das fundações e edifi cações, além de nos permitir a construção de uma visão socioconstrutivista e crítica acerca da sustentabilidade socioambiental no campo da Engenharia Civil. Contextualizando o nosso estudo Vocês devem ter acompanhado, por intermédio de toda a imprensa, a recente tragédia ocorrida no Haiti. Pois bem! Ela foi ocasionada por um evento sísmico natural (terremoto) ligado à ação dos elementos constitutivos da dinâmica interna da Terra. O abalo sísmico estava intimamente ligado à instabilidade da movimentação das placas tectônicas localizadas na América Central e Caribe e a regiões de falhas e fraturas. Vocês devem ter percebido que a grande maioria das construções da cidade de Porto Príncipe (capital do Haiti) sucumbiu durante o terremoto. Se compararmos este fenômeno com os que ocorrem no Japão, podemos verifi car que em território japonês, a grande maioria das construções resiste aos abalos. Isto ocorre, devido às diferenças entre as tecnologias das construções japonesas e as haitianas. Percebese que a construção civil no Japão já consegue fazer um planejamento adaptando as edifi cações e fundações à ocorrência dos terremotos em seu território, o que não acontece no Haiti. Também é importante salientar a precária situação socioeconômica do povo 3 Roteiro de Estudo haitiano. Então, a catástrofe do Haiti envolveu aspectos naturais, sociais e econômicos. A tragédia haitiana serviu para mostrar, entre outras coisas desagradáveis, também a necessidade de um pleno planejamento das construções e edifi cações da Engenharia Civil, que deve sempre levar em consideração a dinâmica das forças que atuam internamente no planeta, dentre elas, a movimentação das placas tectônicas, furacões, maremotos, terremotos, falhas, fraturas e deformações das rochas e estruturas geológicas. Assim, ao se planejar quaisquer atividades no campo da Engenharia Civil, devese, sempre, levar em consideração os aspectos naturais das estruturas que compõem a dinâmica externa e interna da Terra. TERRA: fundamentos da dinâmica interna No roteiro de estudos anterior – já citado na introdução deste estudo – afi rmamos que o nosso planeta possui movimentos (dinâmica). Ao contrário do que muitos pensam, ele não é estático, parado, muito pelo contrário, existe um conjunto de forças tanto externas, quanto internas que o mantém em movimento, em sintonia com a dinâmica do universo. Assim, ele possui uma dinâmica externa – que tratamos no estudo anterior – e outra interna, que trataremos nesse estudo que agora iniciamos. Portanto, neste roteiro, trataremos, especialmente, da dinâmica interna do planeta Terra. Figura 1: representação esquemática das forças que atuam sobre a Terra Fonte: Acervo do autor A Figura 1 é uma representação esquemática das forças que incidem diretamente sobre a terra. O círculo maior é uma representação do planeta, o menor é o núcleo da Terra. As setas representam as forças que atuam sobre as estruturas do planeta. Observe que existem forças que atuam internamente (de dentro para fora, a partir do núcleo) e externamente (de fora para dentro, incidindo sobre a superfície terrestre). As forças externas são decorrentes de ações da atmosfera, das águas continentais superfi ciais e oceânicas, das precipitações pluviométricas (chuvas), do clima, da temperatura externa, da força de Atmosfera Camada gasosa que envolve a Terra. Formada basicamente de Nitrogênio 78,084%, Oxigênio 20,946%, Argônio 0,934%, Outros gases 0,036%. 4 Roteiro de Estudo gravidade, do gelo. Dos ventos, dentre inúmeros outros fatores, inclusive a ação humana sobre os recursos naturais. As forças internas são decorrentes e/ou originadas a partir do núcleo da Terra; são elas, pressão interna, altas temperaturasinternas, movimentação das placas tectônicas, dentre outros fatores. Dessas forças surgem efeitos tais como; vulcanismo, tectonismo, maremotos, terremotos, diversos abalos sísmicos, derrame de materiais magmáticos e águas termais, além de alterações da crosta terrestre e das estruturas geológicas decorrentes da ação dessas forças. A ação das forças externas somadas à ação das forças internas produz uma força resultante: a força de equilíbrio do planeta. A ação desordenada do homem sobre os recursos da natureza faz com que esse equilíbrio seja deslocado, causando, assim, alterações na dinâmica da Terra e provocando danos à saúde ambiental do planeta. A ação do clima sobre as estruturas geológicas Durante algum tempo, a defi nição de clima esteve ligada apenas a algumas condições atmosféricas, conforme a citação de Sorre (2006, p. 90). Durante o último meio século, estivemos presos à defi nição de Hann, o estado médio da atmosfera sobre um lugar, mais exatamente “o conjunto dos fenômenos meteorológicos que caracterizam a condição média da atmosfera em cada lugar da Terra”. Esta defi nição é simples e cômoda. Ela marca bem o caráter local desta combinação de elementos meteorológicos que compõem o clima. Porém, é insufi ciente sob dois pontos de vista. Corresponde a uma média, isto é, a uma abstração inteiramente destituída de realidade e conduz a um abuso das médias aritméticas para caracterizar os elementos do clima. Apresenta em segundo lugar, um caráter estático e artifi cial, pois não menciona o desenvolvimento dos fenômenos ao longo do tempo. Ora, o ritmo é um dos elementos essenciais do clima. As descrições de Hann escapam frequentemente a esses inconvenientes. Ele se mantinha em contacto mais estreito com a realidade climatológica do que sua defi nição poderia supor. Desta forma, para se defi nir o clima, tornase necessário relacioná lo à ocorrência de fenômenos que obedecem a uma frequência constante ao longo do tempo. Assim, para se conceituar o clima, é preciso relacionálo, além dos aspectos atmosféricos, também à frequência em que acontecem os fenômenos climáticos ao longo do tempo. Então, o tempo é outro elemento fundamental para se defi nir o clima do planeta, de um continente, de um país, de uma região. O clima pode mudar até mesmo de um bairro para outro. Sorre (2006) continua: Denominamos clima à série de estados atmosféricos sobre determinado lugar em sua sucessão habitual. Cada um desses estados caracterizase pelas suas propriedades dinâmicas e estáticas da coluna atmosférica, composição química, pressão, tensão dos gases, temperatura, grau de saturação, comportamento quanto aos raios solares, poeiras ou matérias orgânicas em suspensão, estado do 5 Roteiro de Estudo campo elétrico, velocidade de deslocamento das moléculas, etc. É o que a linguagem comum designa sob o nome de tempo. A palavra tempo corresponde, portanto, a uma combinação complexa, na qual, conforme o caso, um ou mais dos elementos que acabamos de enumerar desempenham um papel preponderante. Dizemos que o tempo é quente, seco, chuvoso ou calmo. Porém, a temperatura, a pressão, o estado elétrico, etc., só podem ser isolados por um artifício de análise. A noção de tempo, e por consequência, a noção de clima, são noções sintéticas. [...] Consideraremos, enfi m, como fatores do clima, as circunstâncias que determinam a existência e regulam a sucessão dos tipos de tempo. Tais são: latitude, altitude, situação relativa às massas oceânicas e continentais, aos centros de ação e aos movimentos gerais da atmosfera, exposição, declividade etc (SORRE, 2006, p.90). O(A) aluno (a) não deve se preocupar diante da série de termos e vocábulos novos que surgiram neste tópico. Eles serão esclarecidos ao longo deste roteiro de estudos, de tal forma, que ao fi nal do texto, se terá uma noção mais clara desses elementos sobre o processo de formações climáticas. A atmosfera terrestre: o ontem e o hoje Podese dizer que a atmosfera terrestre se originou a partir da formação do planeta há, aproximadamente, 4,5 a 5 bilhões de anos atrás. No início, ela refl etia grande variedade de gases que eram expelidos do interior da terra, a qual mantinha uma intensa atividade vulcânica, resultante de condições determinadas pela temperatura e pressão elevadas. Daí, dá para se concluir que a atmosfera, em formação, ainda não havia construído as condições para a existência de vida no planeta. A atmosfera, assim como a vida no planeta, veio evoluindo e se modifi cando, ao longo das eras e dos períodos geológicos. A grande quantidade de gases nocivos impedia, no período inicial, a criação das condições da aparição de qualquer forma de vida na Terra. O resfriamento do planeta (o que levou milhões de anos) e a consequente diminuição das atividades vulcânicas permitiram o aparecimento e a evolução das condições para o surgimento da vida no planeta Terra. A atmosfera nos dias de hoje evoluiu a tal ponto, que permite a existência de milhares de formas de vidas, tanto animais, como vegetais. Na medida em que ela foi evoluindo, foi eliminando os gases nocivos e possibilitando o aparecimento das primeiras formas de vida, as quais também evoluíram até atingir o atual estágio. Confi guração atual da atmosfera A atual composição atmosférica é preponderante para a existência de todas as formas de vida presentes na terra e é um dos principais elementos que infl uem sobre as formações climáticas. Conti (1998) discorre sobre a importância da atmosfera: 6 Roteiro de Estudo A existência da atmosfera é vital para a manutenção da biosfera terrestre. É nela que se passam os fenômenos climáticos. Se não existisse essa massa gasosa, não haveria vida na Terra, nem ocorreriam ventos, nuvens e outros fenômenos meteorológicos. A composição peculiar de nossa atmosfera torna a Terra muito diferente dos demais planetas conhecidos. Sabese, por exemplo, que as atmosferas de Júpiter e Saturno são compostas, basicamente, de hidrogênio, hélio, amônia e metano. A Lua, nosso satélite natural, é desprovida de atmosfera. Ao longo do tempo geológico, a composição da atmosfera terrestre vem sofrendo algumas variações, o que gera condições climáticas também adversas (CONTI, 1998, p.1112). A citação de Conti demonstra a importância da atmosfera para a existência e sobrevivência das espécies de seres vivos. Divisão Altitude Temperatura Observação Troposfera até 12km 20°C a 60°C Aviões a jato e balões andam por esta região. Estratosfera de 12 a 50 km 60°C a 5°C É onde fi ca a Camada de Ozônio. Nela também chegam os Balões Meteorológicos, Aviões Supersônicos, Nuvens geradas por explosões atômicas e Matéria de erupções de vulcões. Mesosfera de 50 a 80 km 5°C a 95°C Nesta região da atmosfera, as ondas de rádio são refl etidas, ou seja, elas encontramse, chocamse com os gases e voltam à superfície terrestre. Termosfera de 80 a 500 km 95°C a 1000°C Auroras polares. Refl exão das ondas de rádio. Exosfera de 500 a 800 km Em torno de 1000ºC É a região que antecede o espaço sideral e onde fi cam muitos dos satélites artifi ciais. As moléculas gasosas começam a libertarse da gravidade terrestre. Quadro 1: Divisão da atmosfera pelo critério térmico Fonte: quadro elaborado pelo autor Divisão Altitude Observação Homosfera até 100 km Composição constante e regular. Predominam nitrogênio e oxigênio. Heterosfera de 100 a 500 km Distribuição irregular dos gases. Predominam hélio e hidrogênio. Exosfera Acima de 500km Os gases começam a escapar da atração terrestre. Quadro 2: Divisão pelo critério das condições químicas Fonte: quadro elaborado pelo autor 7 Roteiro de Estudo É na homosfera que vivem todas as formas de vida do ambiente terrestre. Notase que, nos dias atuais, a atmosfera terrestre possui uma confi guração mais defi nida, bem diferente da atmosfera primitiva que caracteriza os primeiros períodos geológicos. Alguns dados necessários (história da dinâmica da terra) A terra nem sempre apresentou a confi guração que possui nos tempos atuais, nem mesmo na disposição dos continentes em seu mapa. A atual confi guração de seus continentes é explicada pela teoria denominada de deriva continental: Para relembrar: há 400 milhões de anos, havia o Pangea, que reunia todas as terras num único continente; há 225 milhões de anos, o Pangea se parte no sentido leste oeste, formando a Laurasia ao norte, e Gondwana, ao sul; há 60 milhões de anos, a Terra assume a atual conformação e posição dos continentes; atualmente, a África e a América do Sul se afastam 7 cm por ano, ampliando a área ocupada pelo oceano Atlântico. O mar Vermelho está se alargando. A África migra na direção da Europa. A região nordeste da África está se partindo. Importante: Esta nova confi guração continua a evoluir, ainda que lentamente. A ação humana sobre os recursos do planeta tem acelerado as modifi cações na superfície terrestre. Outra força que atua na remodelagem da superfície e na disposição dos continentes no mapa do planeta é o movimento das placas tectônicas. Glaciações: a Terra já passou, pelo menos, por 3 grandes períodos glaciais, a saber: no período PréCambriano, anterior a 600 milhões de anos; no Paleozóico Superior, entre 600 e 225 milhões de anos atrás; no Pleistoceno, entre 1,8 milhões de anos até 11 mil antes do presente. Este período fi cou conhecido por "idade das glaciações"; nontudo, sabese também que a Terra deve ter passado por períodos glaciais de curta duração, como foi o caso da chamada "Pequena Era Glacial", que ocorreu entre os anos de 1645 e 1715 de nossa era. • • • • • • • • • Placas tectônicas São os vários blocos em que a crosta está dividida. São separadas por grandes fendas vulcânicas em permanente atividade no fundo do mar, por onde o magma sobe para a superfície adicionando novos materiais à crosta, o que expande o fundo do mar e movimenta os blocos que formam a superfície em diferentes direções. Ao se movimentar, as placas se chocam entre si e provocam alterações no relevo. Em cada choque, a placa que apresenta menor viscosidade (mais aquecida) afunda sob a mais viscosa (menos aquecida). A parte que penetra tem o nome de Zona de Subducção. Este movimento e choque entre as placas tectônicas dá origem às cadeias de montanhas. Ao fenômeno de formação das montanhas, dáse o nome de orogenia. 8 Roteiro de Estudo A posição da Terra em relação ao sol : incl inação, movimentos de rotação, translação e estações do ano. A Terra tem dois movimentos principais: rotação e translação. A rotação em torno de seu eixo é responsável pelo ciclo dianoite. A translação se refere ao movimento da Terra em sua órbita elíptica em torno do Sol. A posição mais próxima ao Sol, o perihélio (147x10 6 km), é atingido, aproximadamente, em 3 de janeiro, e o ponto mais distante, o afélio (152x10 6 km), em, aproximadamente, 4 de julho. As variações na radiação solar recebidas são devido às pequenas variações da distância entre a Terra e o Sol. Figura 2: Posições da Terra em relação ao sol Fonte: CEFET – Santa Catarina/SC (2003) Figura 3: Relação altura do Sol/quantidade de energia que atinge a Terra Fonte: CEFET – Santa Catarina/ SC (2003) 9 Roteiro de Estudo O fenômeno da tropicalidade A tropicalidade é o fenômeno que ocorre com as áreas que se situam entre os Trópicos de Câncer e de Capricórnio. Estas áreas, por se situarem na zona intertropical, recebem maior quantidade de energia solar e, consequentemente, possuem vegetação exuberante, maiores quantidades de evaporação e, devido a isso, também são privilegiadas pela maior quantidade de precipitação (chuva). A Terra é inclinada em relação ao Sol. Esta inclinação forma um ângulo de 23° 27’ 33’’ entre o eixo do planeta e o plano da eclíptica. Devido a esta inclinação, nem todas as regiões do planeta recebem a mesma quantidade de energia solar. Os raios solares incidem mais diretamente sobre as regiões intertropicais e vão diminuindo, quando se caminha em direção aos polos. Este é um dos fatores que propiciam maiores temperaturas nas regiões tropicais. É pertinente recorrer a Conti (1998), que explica esta situação: Os gregos, durante a Antiguidade clássica, já sabiam que nosso planeta era esférico e, por esse motivo, identifi caram zonas climáticas formando “anéis” paralelos do equador para os polos, ou seja, da latitude 0° a 90°. Sabiam também que o eixo de rotação da Terra era inclinado em relação ao plano de translação (plano da eclíptica), formando com este um ângulo de 23° 27’ 33’’. Esses graus de latitude correspondem aos trópicos de Câncer, no hemisfério Norte, e de Capricórnio, no hemisfério Sul. O Sol, em seu movimento aparente, realiza, anualmente, um vaivém entre os dois trópicos. Os círculos polares, traçados na latitude de 66° 33’ em cada hemisfério, marcam os limites do dia ou da noite polar, ou seja, além dessas linhas o dia (no verão) e a noite (no inverno) apresentam duração superior a 24 horas. São as áreas extremas do globo, onde dominam as geleiras e o frio (CONTI, 1998, p.17). Entre os trópicos e os círculos polares encontramse as faixas intermediárias, conhecidas como zonas temperadas. A partir desta confi guração, é possível a localização das principais faixas climáticas no globo terrestre. Essas faixas coincidem com as dos domínios de vegetação específi cos, também denominados biomas. Genericamente, podese afi rmar que as regiões tropicais correspondem às fl orestas úmidas e às savanas (Cerrado no Brasil); as regiões temperadas às regiões de estepes e das fl orestas de coníferas; e as situadas além dos círculos polares são caracterizadas pelas tundras e geleiras. Podese dizer que as áreas intertropicais são as que recebem a maior quantidade de energia solar. Justamente por serem privilegiadas em incidência de energia solar, são também as que possuem as maiores fl orestas do globo (fl orestas tropicais), além de possuírem os maiores índices de precipitação pluviométrica (chuvas), pelo fato da ocorrência de maior evaporação e, consequentemente, melhores condições para a formação de nuvens. 10 Roteiro de Estudo As regiões tropicais são de baixa latitude, onde há uma grande concentração de calor, em virtude da pequena inclinação dos raios solares, o que produz temperatura médias muito altas, sempre superiores a 18°C. Porém, há que se considerar que as baixas latitudes, quando associadas a grandes altitudes, geralmente apresentam características distintas em relação à temperatura, uma vez que esta diminui na ordem de 6º C a cada 1000 m. Contudo, a variação anual de temperatura, também chamada de amplitude térmica, é também muito pequena em qualquer altitude, pois, é um dado que depende unicamente da latitude. Apesar de as maiores e mais viçosas fl orestas pertencerem às regiões intertropicais, nessa faixa do globo não só existem regiões úmidas,mas também outras muito secas, conforme demonstrado na Tabela 1, a seguir: Amplitude Térmica Denominase Amplitude Térmica à diferença entre a maior e menor temperatura anuais de um determinado lugar, região ou território. Cidade (país) Alt. (m) Latitude Temperatura mês mais quente Temperatura mês mais frio Amplitude anual Pluviosidade Anual (mm) Quito (Equador) 2.875 00° 13’ 15,0° C 14,5° C 0,5° C 1.110 Belém (Brasil) 13 01° 27’ 26,5° C 25,6° C 0,9° C 2.477 Manaus (Brasil) 44 03° 08’ 29,0° C 27,0° C 2,0° C 1.800 Mogadíscio (Somália) 12 02° 02’ 29,0° C 25,5° C 3,5° C 426 Tabela 1: Exemplos de dados climáticos Fonte: Conti, 1998 Para compreender estes contrastes, devese analisar o intercâmbio de infl uências entre o oceano e a atmosfera, fator que infl uencia, de forma decisiva no regime e nos níveis de chuva. Em todas as regiões do mundo, em especial em áreas tropicais, as águas frias produzem climas secos, pois, difi cultam a evaporação e, consequentemente, a formação de nuvens. Já, nas águas quentes, os climas são úmidos, que provocam muita evaporação e formação de grande quantidade de nuvens. Nas regiões intertropicais, o período no qual se concentram a maior quantidade de chuvas está relacionado com o movimento aparente do sol. Isto quer dizer que os verões geralmente são chuvosos e os invernos são marcados pela estiagem. O Brasil é um país privilegiado, no que se refere à tropicalidade. O país recebe grande quantidade de energia solar, possui a maior fl oresta tropical do mundo, a fl oresta Amazônica e possui, na maioria do seu território, quatro estações bem defi nidas, possuindo um verão de chuvas concentradas e um inverno ameno. 11 Roteiro de Estudo Mas, qual é a relação do clima com a dinâmica terrestre? Essa é uma boa indagação. Na verdade, o clima tem tudo a ver com as formações geológicas, sua conservação e sua transformação. As estruturas geológicas sofrem ações das águas, da temperatura, da pressão atmosférica, enfi m de todos os elementos presentes nas formações climáticas. Assim, o clima nada mais é que a interação dos diversos elementos da natureza, e esta interação incide diretamente sobre a crosta terrestre, transformando suas estruturas. Da mesma forma, esses elementos acabam infl uenciando também na dinâmica interna da Terra, pois ela também depende de fatores externos, em especial da energia proveniente do sol. Podemos, então, concluir que o clima é um dos principais responsáveis pela transformação da crosta terrestre, de suas estruturas geológicas, além de incidir, diretamente sobre a modelagem e remodelagem do relevo terrestre. Sendo assim, o estudo do clima e suas alterações interessa, de perto, aos profi ssionais da Engenharia Civil, pois, para construir suas fundações e edifi cações, esses profi ssionais precisam entender a estabilidade climática de uma determinada região, para que ele tome as devidas providências e precauções sobre a segurança de suas construções, incidência de energia, ocorrência de precipitações, como chuvas e neve, força dos ventos, dentre outros fatores. O ciclo hidrológico O sol e a água são elementos fundamentais para a evolução dos processos de formações climáticas. O sol fornece a energia para a ativação e desenvolvimento de todo o processo de constituição climática, já a água participa ativamente de todo este processo, uma vez que é elemento essencial para a formação das nuvens, das correntes marinhas e de todas as formas de precipitação. Ela é a substância química mais abundante na face da Terra, sendo responsável direta pela manutenção do nível dos oceanos, pelo sistema de refrigeração do planeta, pela manutenção do equilíbrio térmico de todos os ecossistemas do ambiente terrestre, além de ser a protagonista para a manutenção e preservação de todas as formas de vida do planeta. Neste sentido, não tem sentido analisar as formações climáticas sem considerar a quantidade e qualidade das águas envolvidas nos processos dessas formações, seja em nível global, continental, regional ou local. Portanto, o estudo do Ciclo Hidrológico é essencial para a compreensão dos processos de formações climáticas. Equilíbrio térmico Equilíbrio térmico é o controle das temperaturas médias dos vários lugares, territórios ou regiões do planeta 12 Roteiro de Estudo Figura 4: O Ciclo Hidrológico Fonte: Adaptado de Wikipédia, 2010. A água existe no planeta em seus três estados: sólido, líquido e gasoso, sendo que a maior quantidade está em estado líquido, devido às enormes dimensões dos mares e oceanos. A quantidade de água no planeta é regulada pelo ciclo hidrológico, o que faz que a quantidade de água existente seja constante. A Tabela 2, a seguir, demonstra a quantidade água existente no planeta, bem como os principais reservatórios existentes no mundo. Reservatórios de água da terra Reservatório % do total Volume em quilômetros cúbicos Oceano 97,25% 1.370.000.000 Calotas polares/geleiras 2,05% 29.000.000 * Água subterrânea 0,68% 9.500.000 * Lagos 0,01% 125.000 Solos 0,005% 65.000 Atmosfera 0,001% 13.000 * Rios 0,0001% 1.700 Biosfera 0,00004% 600 TOTAL 100% 1.408.700.000 Tabela 2: Quantidade de água existente no planeta e seus principais reservatórios. Fonte: Ministério do Meio Ambiente, 2001 Os reservatórios de água disponíveis para o consumo humano (água potável) estão destacados em negrito e com asterisco na tabela (águas subterrâneas, lagos e rios) e correspondem a 0,69004% do total da água do planeta, o que corresponde a 9.926.700Km 3 de água. Notase que esta quantidade é quase irrisória, se comparada ao total de água existente no ecossistema planetário. 13 Roteiro de Estudo As águas subterrâneas: importantes reservas de água potável do planeta Ao contrário do que muitas pessoas acreditam, não existe água somente na superfície da Terra. Ela se encontra, ainda, entre as partículas do solo e em reservatório abaixo da superfície do planeta – os lençóis freáticos e os aquíferos. A água subterrânea constitui importantes reservas, extremamente puras e que servem para o consumo humano. Infelizmente, as atividades industriais e agroindustriais têm iniciado o processo de poluição dessas águas, trazendo enormes prejuízos para a continuidade da vida de inúmeras espécies, tanto animais quanto vegetais. Esta poluição se dá por intermédio da infi ltração de poluentes industriais, efl uentes líquidos, insumos agrícolas, pesticidas e herbicidas utilizados nas plantações, principalmente nas monoculturas. O solo é formado por partículas de tamanhos variados, que formam minúsculos e fi nos canais, os quais são preenchidos por água. Essa água é denominada água capilar, por lembrar fi os de cabelo. Um dos reservatórios de água subterrânea mais importante do mundo é o Aquífero Guarani, situado na América do Sul, sendo que sua maior porção localizase em território brasileiro. Agora, sugerimos que você leia um artigo do Prof. Valter Machado da Fonseca sobre este importante aquífero. O texto está disponível ao fi nal deste roteiro. A contaminação das águas subterrâneas O texto de Fonseca (2009), nos chama a atenção para a relevante problemática da contaminação das águas e, em especial, dos aquíferos subterrâneos. As águas subterrâneas são nossa principal reserva de água doce, disponívelpara uso humano, em todo o planeta. Infelizmente, o homem não tem planejado suas ações, quando se trata do uso e manejo dos recursos da natureza. Vemos, a cada dia que passa, aumentar as fontes de poluição desses corpos d’água. A superprodução de mercadorias fez surgir também a superprodução e acumulação de efl uentes domésticos e industriais. O descarte desses resíduos é feito diretamente no solo, o que promove a infi ltração de poluentes que acabam por contaminar os lençóis e aquíferos subterrâneos ou é feito diretamente nos corpos d’água. Segundo Teixeira et al, (2008), podemos elencar algumas consequências drásticas da exploração irracional das águas subterrâneas. São elas: 14 Roteiro de Estudo redução na capacidade produtiva individual do poço ou de poços próximos, com aumento nos custos de bombeamentos; indução de fl uxos laterais de água salina da costa marítima; infi ltração de água subterrânea de baixa qualidade advinda de outras unidades aquíferas mais superfi ciais; drenagem de rios e outros corpos de água superfi cial, pelo rebaixamento do nível hidráulico do aquífero; subsidência do terreno, resultando em problemas de estabilidade e danos de edifi cações e rede de esgoto. A Figura 5 mostra a deposição incorreta de efl uentes que provocam a contaminação das águas subterrâneas. Figura 5: Representação de deposição incorreta de efl uentes sólidos e líquidos. Fonte: Teixeira et al, 2008. Dinâmica interna e externa: conjugação de dois sistemas complexos Como já enfatizado no estudo anterior, a Terra constituise num conjunto complexo, está em equilíbrio graças a um complexo sistema de forças que atuam tanto externamente, como em sua porção interna. Existe uma conjugação entre as forças internas e externas. As forças internas são originadas no núcleo a partir das altas pressões e temperaturas que atuam no interior da Terra. Essas forças internas interagem com as forças externas que decorrem da ação dos agentes e fatores que atuam sobre as estruturas geológicas 15 Roteiro de Estudo e que modifi cam as feições dessas estruturas. Esses elementos e fatores interagem entre si, dando origem às diversas formações climáticas. Então, essa conjugação de forças internas e externas transforma, modifi cam as estruturas geológicas e os diversos recursos naturais, num processo, às vezes abrupto, mas na maioria das vezes de forma lenta, gradual e contínua. A dinâmica interna e externa forma um sistema complexo, que envolve uma enorme quantidade de energia tanto na porção interna quanto externa do planeta. Essa grande quantidade de energia é responsável pela mudança da confi guração e mudança geográfi ca dos continentes durante milhões de anos (em tempo geológico) de existência do planeta Terra. A mudança da confi guração dos continentes ocorre, conforme diversos estudos científi cos, devido à teoria da deriva continental e da tectônica de placas. Figura 6: a) Distribuição atual das evidências geológicas de existência de geleiras há 300 Ma. As setas indicam a direção do movimento das geleiras. b) Simulação de como seria a distribuição das geleiras com os continentes ligados (juntos). Fonte: Teixeira et. al, 2008. A Figura 6 destaca uma situação do movimento das geleiras, confrontado com uma simulação de como seriam essas geleiras quando os continentes eram unidos. A Figura 7, a seguir, mostra a Pangea e a divisão dos continentes em dois grandes blocos: Laurásia, ao norte, e Gondwana, ao sul. Esta divisão se dava pela existência do Mar de Tethys. 16 Roteiro de Estudo Figura 7: A Pangea. Fonte: Teixeira et. al, 2008. Tectônica de placas: a dança dos continentes Os estudos científi cos demonstram que o nosso planeta é formado de várias camadas. Porém, para esse estudo em particular, interessanos o estudo da litosfera. A litosfera é a camada sólida da Terra. Esses mesmos estudos mostram que a litosfera – a camada mais sólida, rígida e resistente do planeta – é fragmentada em 12 placas que deslizam, convergem ou se separam umas em relação às outras à medida que se movem sobre a astenosfera, menos resistente e dúctil. As placas são geradas onde se separam e recicladas onde convergem, em um processo contínuo de criação/ destruição. A teoria da tectônica de placas descreve a energia envolvida nesse processo e o movimento dessas placas. Graças à tectônica de placas, a ciência consegue explicar muitos fenômenos geológicos, como terremotos, vulcanismo, magmatismo, distribuição e origem de diversas feições geológicas. Enfi m, explica a distribuição de inúmeras feições geológicas de grandes proporções que resultam do movimento ao longo dos limites de placa, como: cadeias de montanhas, associações de rochas, estruturas do fundo do mar, vulcões e terremotos. Press et. al. (2007, p.4748) disserta sobre a importância da tectônica de placas: Na década de 1960, uma grande revolução no pensamento sacudiu o mundo da Geologia. Por quase 200 anos, os geólogos desenvolveram diversas teorias tectônicas (grego tekton, “construtor”) – o termo geral que eles usaram para descrever a formação de montanhas, o vulcanismo e outros processos que formam feições geológicas na superfície da Terra. No entanto, até a descoberta da tectônica de placas, nenhuma teoria conseguiu, isoladamente, explicar de modo satisfatório toda a variedade de processos geológicos. A tectônica de placas não é apenas abrangente, mas também elegante: muitas observações podem ser explicadas por alguns poucos princípios simples. Na história da ciência, 17 Roteiro de Estudo as teorias simples que explicam muitas observações geralmente se mostram mais duradouras. [...] As ideias básicas da tectônica de placas foram reunidas como uma teoria unificadora da Geologia há menos de 40 anos. A síntese científi ca que conduziu a essa teoria, no entanto, começou muito antes, início do século XX, com o reconhecimento das evidências da deriva continental. A Figura 8 é uma representação da evolução da divisão dos continentes em várias placas tectônicas, tomando por base os princípios da tectônica de placas: Figura 8: Reconstituição da posição dos continentes de 2,0 bilhões de anos até 100 milhões de anos atrás. Fonte: Teixeira et al, 2008. Já, a Figura 9, a seguir, indica a confi guração e distribuição atual das placas tectônicas em todo o território do globo terrestre. Figura 9: Distribuição geográfi ca das placas tectônicas da Terra. Os números representam as velocidades em cm/ano entre as placas. Fonte: Teixeira et al, 2008. 18 Roteiro de Estudo O movimento entre as placas A litosfera está delimitada por um conjunto de 12 placas tectônicas, subdivididas em dois grupos: as placas oceânicas que formam os assoalhos dos mares e oceanos e as placas continentais que formam os continentes. Como as placas tectônicas são sólidas, pois são parte da litosfera e deslizam sobre um material pastoso, situado acima do núcleo terrestre, elas possuem um movimento lento, gradual e contínuo. Esse movimento é resultante de um processo que envolve a produção e desprendimento de energia. O movimento das placas tectônicas é responsável pela formação de montanhas, ilhas, diversas feições geológicas e vulcões. Assim, o movimento das placas tectônicas está associado à modelagem e remodelagem do relevo terrestre. A Figura 10, a seguir, apresenta a diferença do movimento das placas em dois pontos diferenciados sobre superfície esférica. É importante lembrar que o nosso planeta é um esferóide, ouseja, uma fi gura geométrica que se aproxima da forma esférica, se diferenciando desse formato devido ao pequeno achatamento nas regiões polares. Figura 10: Modelo de movimento de uma placa curva sobre uma superfície esférica. Fonte: Teixeira et. al. (2006) 19 Roteiro de Estudo Percebese que os pontos 1 e 2 na placa “B” exibem diferentes velocidades, pois têm de percorrer diferentes distâncias no mesmo intervalo de tempo, tendo o ponto 2 uma velocidade maior que o ponto 1. A tectônica de placas e as feições geológicas A modelagem do relevo: os processos orogênicos A formação de várias feições do relevo da Terra está diretamente ligada à movimentação das placas tectônicas. Apesar de esta movimentação ser lenta e gradual, na casa de poucos mm ou cm por ano, ela é infl uenciada por altas pressões e temperaturas decorrentes do interior do planeta, das regiões do núcleo ou próximas a ele. Assim, este processo envolve um grande desprendimento de energia, o que causa distúrbios e alterações na superfície terrestre, transformando as feições do relevo. Dentre essas transformações, o choque entre as placas tectônicas promove o surgimento de ilhas e montanhas. Ao processo de formação das cadeias de montanhas, dáse o nome de orogenia. Figura 11: Formação de Ilhas a partir do choque entre duas placas oceânicas. Fonte: Wikipédia (2010). Disponível em: http://pt.wikipedia.org/wiki/ Orogênese A direção das setas demonstra o choque entre duas placas oceânicas (do fundo do mar). Observase que uma das placas submerge debaixo da outra, promovendo um levantamento do assoalho oceânico. Este soerguimento do fundo do mar faz surgir diversas porções de terras emersas (ilhas). A esta formação denominamos arco de ilhas. 20 Roteiro de Estudo Figura 12: Formação de cadeia de montanhas a partir do choque entre uma placa oceânica e uma continental. Fonte: Wikipédia (2010) disponível em: http://pt.wikipedia.org/wiki/ Orogênese A Figura 12 representa o choque entre uma placa oceânica e uma continental. Geralmente este fenômeno ocorre nas bordas dos continentes. Observase que a placa oceânica infi ltrase por baixo da continental enrugandoa e propiciando o surgimento de cadeias de montanhas. As cordilheiras dos Andes, localizadas nas costas do Peru, no continente Sul Americano, é um exemplo clássico desse tipo de evento orogênico. Figura 13: Formação de cordilheira a partir do choque entre duas placas continentais. Fonte: Wikipédia (2010). Disponível em: http://pt.wikipedia.org/wiki/ Orogênese A Figura 13 é uma representação do choque entre duas placas continentais. Este tipo de evento orogênico é responsável pela formação de cordilheiras no interior dos continentes. Este fenômeno geralmente forma extensas cadeias de montanhas, que muitas vezes atravessam todo o continente. 21 Roteiro de Estudo Eventos geológicos associados à tectônica de placas: vulcanismo e terremotos Como já foi afi rmado neste roteiro, o interior da Terra é repleto de forças decorrentes de altas pressões e temperaturas provenientes da grande quantidade de energia térmica existentes nas porções mais internas do planeta. Assim, essas forças internas exercem enormes pressões sobre a litosfera, provocando tensões nas placas tectônicas. Essas tensões podem distender ou contrair essas placas provocando dobras, falhas e fraturas. Essas regiões, em especial as área de fraturas causam fi ssuras nas placas, originando zonas de baixa resistência. São por essas fi ssuras existentes nas zonas de baixa resistência que o magma, existente no núcleo da Terra, sai para a superfície terrestre. À expulsão desse magma, dáse o nome de vulcanismo. Portanto, as atividades vulcânicas são resultantes da movimentação do magma pelas áreas de cisalhamento das placas tectônicas. Devido às enormes pressões e temperaturas com que o magma chega à superfície da Terra, ele provoca distorções, alterações e transformações nas feições do relevo e nas estruturas geológicas que compõem a paisagem terrestre. Figura 14: representação esquemática de um Estratovulcão. Fonte: Wikipédia (2010). Disponível em: http://pt.wikipedia.org/wiki/Vulcão LEGENDA 1. Câmara magmática 2. Rocha 3. Chaminé 4. Base 5. Depósito de lava 6. Fissura 7. Camadas de cinzas emitidas pelo vulcão 8. Cone 9. Camadas de lavas expelidas pelo vulcão 10. Garganta 11. Cone secundário ou parasita 12. Fluxo de lava 13. Ventilação 14. Cratera 15. Nuvem de cinza 22 Roteiro de Estudo A Figura 14 é uma representação esquemática de um Estratovulcão. A fi gura representa um corte demonstrando os diversos compartimentos e materiais relacionados à atividade vulcânica. Figura 15: Vulcão Mayon Fonte: Wikipédia (2010). Disponível em: http://pt.wikipedia.org/wiki/Vulcão Os materiais vulcânicos Segundo Leinz; Amaral (2003), os materiais produzidos numa erupção vulcânica podem ser classifi cados em três grandes grupos: Lavas Massas magmáticas, em estado de fusão total ou parcial, e que são expelidos para a superfície terrestre, durante a atividade vulcânica. Materiais piroclásticos São fragmentos que podem ter duas origens distintas. A primeira referese ao material que deriva diretamente do magma, de maneira explosiva (durante o estado de fusão ou de material já consolidado). A segunda referese à fragmentação ou transformação de materiais preexistentes de parte do invólucro do edifício vulcânico, ligada à explosão do magma. Gases vulcânicos Durante as erupções e períodos de calmaria, as exalações gasosas podem ter grande importância. Essas exalações ainda podem continuar, mesmo longo tempo após a extinção das atividades vulcânicas. 23 Roteiro de Estudo Tipos de materiais piroclásticos Os materiais piroclásticos são os produtos soltos, incoerentes, originados da eclosão da atividade vulcânica. No vulcanismo atual, eles são predominantes em relação à quantidade de lava derramada ou expelida. O material mais fi no é também chamado de tufo vulcânico, sendo de consistência bastante fofa. Nas erupções iniciais predominam justamente estes produtos vulcânicos. Os produtos piroclásticos são classifi cados segundo o tamanho dos ejetólitos, nome genérico dado aos fragmentos de natureza piroclástica. O Quadro 3, a seguir, apresenta a associação das atividades vulcânicas (magmáticas) associadas à tectônica de placas. Trata se de uma representação esquemática que mostra várias fases evidenciando a associação e/ou intrusão de magma com as placas oceânicas ou continentais. 24 Roteiro de Estudo Processos Produtos Observações Componentes Rochas Erupção efusiva Derrame de lava Lava Rocha vulcânica Material fundido contendo cristais e bolhas de gás. Erupção explosiva Queda piroplástica Poeira/cinza fi na Tufo fi no Partículas menores que 0,062mm. Cinza grossa Tufo grosso Partículas entre 2 e0,062m. Lapilli Lopillito Partículas entre 64 e 2mm. Bombas Aglomerado Fragmentos plásticos > 64mm. Blocos Brecha piroplástica Fragmentos rígidos > 64mm. Fluxo piroplástico Púmice (fragmentos com granulação de cinzas a blocos, rico em vesículas) Ignimbrito Emulsões gasosas superaquecidas com fragmentos de púmice ou escória (dimensões entre Lapilli e Bombas), cristais de cinza e fragmentos do conduto e/ou de rochas preexistentes, em matriz vítrea. Escórias Brechas de escórias Fragmentos vesiculares restritos às proximidades dos condutos vulcânicos.Blocos e cinzas Brechas de blocos e cinzas Depósitos de grandes blocos de lavas sustentados por cinzas, próximos dos condutos de vulcões. Fenômenos vulcânicos associados Fluxo de lama Lahar Lahanito Fluxo viscoso de lama com fragmentos inconsolidados de variadas dimensões, originados do retrabalhamento de depósitos de encostas vulcânicas por chuvas, degelo, e/ou tremores da terra. Avalanches Semelhantes aos fl uxos de lama, porém com matiz mais grossa (menor teor de lama). Gêiser; fumarola Emanações gasosas e fl uidos contendo minerais dissolvidos. Quadro 3: Principais materiais vulcânicos. Fonte: Teixeira et al, 2006. 25 Roteiro de Estudo Figura 16: Fragmentação de uma massa continental e desenvolvimento de margens continentais passivas. Fonte: Teixeira et. Al, 2006. Dobras e falhas: deformações das rochas e estruturas geológicas Os eventos geológicos originados a partir da tectônica de placas promovem, como já afi rmado anteriormente, transformações no relevo e nas estruturas geológicas da crosta terrestre. As estruturas geológicas sofrem processos de tensionamentos tanto horizontais como oblíquos ou verticais. Esta tensão exercida sobre as rochas provocam deformações, podendo leválas, inclusive, ao cisalhamento. As principais deformações sofridas pelas rochas são as dobras, falhas e fraturas. Segundo Teixeira et al (2008), os fatores físicos, em particular a temperatura e a pressão hidrostática/litostática, são função da profundidade na crosta terrestre e permitem distinguir dois domínios distintos: o superfi cial e o profundo. Esses domínios deformacionais são caracterizados pela formação de estruturas geológicas distintas. Os autores continuam: O domínio superfi cial caracterizase por uma deformação essencialmente rúptil, enquanto o domínio profundo caracterizase por uma deformação dúctil. Neste último, a rocha pode sofrer fusão parcial, se a temperatura for sufi cientemente elevada. Portanto, estruturas formadas a cerca de 40 Km de profundidade, com pressão na ordem de 10 kilobares e temperaturas de 800° a 1000° C são muito diferentes de estruturas formadas em superfície. Isto signifi ca dizer que, para o estudo das estruturas geológicas, é necessário levar em consideração o nível crustal em que ela foi formada (TEIXEIRA et al, 2008, p.405). 26 Roteiro de Estudo A formulação dos autores auxilianos na compreensão de que as deformações nas rochas e estruturas geológicas ocorrem tanto na superfície quanto nas profundezas da Terra, e que o grau de deformação dessas estruturas vai depender de sua posição no interior da litosfera. As dobras As dobras são deformações dúcteis que afetam corpos rochosos da crosta terrestre. Achamse associadas a cadeias de montanhas de diferentes idades e possuem expressão na paisagem, sendo visíveis em imagens de satélite. São caracterizadas por ondulações de dimensões variáveis e podem ser quantifi cadas individualmente por parâmetros como amplitude e comprimento de onda. A sua formação se deve à existência de uma estrutura planar anterior, que pode ser o acamamento sedimentar ou a foliação metamórfi ca (clivagem, xistosidade, bandamento gnáissico). Figura17: Representação esquemática dos elementos geométricos de uma dobra. Fonte: Teixeira et al, 2008. LEGENDA Sa = superfície axial; Zc = zona de charneira Lc = linha de charneira Fl = flanco Li = linha de inflexão Figura 18: Mecanismos de formação de dobras: Flambagem (a) e Cisalhamento (b). Fonte: Teixeira et al, 2008. 27 Roteiro de Estudo As duas fi guras anteriores destacam aspectos geométricos de formação das dobras. Geralmente, as dobras formam feições geológicas curvas e/ou onduladas, conforme se pode observar in locu, no campo. A Figura 19, a seguir, destaca uma dobra observada no campo. Figura 19: Dobras infrafoliais em gnaisses do Grupo Paraíba do Sul, Rio de Janeiro (Rod. Presidente Dutra/Serra das Araras) Fonte: Teixeira et al, 2008. Figura 20: Dobra recumbente em quartzitos do Grupo Andrelândia, Serra de Carrancas, Minas Gerais. Fonte: Teixeira et al, 2008. 28 Roteiro de Estudo As falhas geológicas As falhas são descontinuidades geológicas resultantes de deformação rúpteis nas rochas e estruturas geológicas da crosta terrestre. Elas se expressam por superfícies descontínuas com deslocamento diferencial de poucos cm até dezenas de centenas de quilômetros, sendo esta última a ordem de grandeza para o deslocamento das grandes falhas. Elas aparecem como superfícies isoladas e de discreta ou pequena expressão, ou, no caso mais corriqueiro, surge como uma zona deformada (região de fraqueza) de grande magnitude, denominada zona de falha ou de fratura. Nestes locais, o deslocamento total é dado pela soma dos deslocamentos locais ou individuais. A condição necessária para que haja a ocorrência de falha geológica é que tenha ocorrido um deslocamento ao longo da superfície. Porém, se a movimentação ocorre de forma perpendicular à superfície, a feição ou estrutura geológica receberá o nome de fratura. O relevo originado de falhamentos é, em geral, estruturado, bem nítido em fotografi as aéreas e imagens de satélites. Contudo, em determinadas ocasiões, quando a falha é referenciada numa coluna estratigráfi ca (uma camada de carvão, por exemplo), a sua identifi cação é imediata; em outros casos, é mais difi cultada sua identifi cação, mesmo para os especialistas no assunto. Elementos de uma falha Na representação geométrica da feição da estrutura, a falha apresenta vários elementos que a caracterizam e possibilitam sua identifi cação e classifi cação. A fi gura 21, a seguir, demonstra os elementos geométricos de uma falha. Figura 21: Elementos geométricos de uma falha: blocos de falha, muro ou lapa, teto ou capa, escarpa de falha. Fonte: Teixeira et al, 2008. 29 Roteiro de Estudo Classifi cação das falhas geológicas Para realizar a classifi cação de uma falha, fazse necessário considerar os seguintes aspectos: a) mergulho da superfície da falha: o mergulho de uma falha é dado pelo ângulo que defi ne sua inclinação em relação ao plano horizontal. Esta característica divide as falhas em dois grupos: falhas de alto ângulo quando o mergulho é superior a 45°, e falhas de baixo ângulo, quando o mergulho é inferior a 45°; b) forma da superfície de falha: esta classifi cação permite classifi car as falhas em planares e curvas. A falha é considerada planar quando, em termos estatísticos, sua variação de direção de superfície variar no intervalo de 5°. As falhas curvas são denominadas lístricas, são relacionadas a regimes distensivos, ou seja, quando sobre a rocha ou estrutura geológica, incidir duas ou mais forças de tensionamento de sentidos opostos; c) movimento relativo: quanto a esse movimento, as falhas são classifi cadas em: (a) falhas normais (ou de gravidade) e (b) falhas reversas ou de empurrão; d) tipos de rejeito: esta classifi cação leva em consideração os componentes geométricos do deslocamento entre dois pontos previamente contíguos, em lados opostos da falha, e que são mensuráveis no plano de falha. Figura 22: Classifi cação de falhas com base no movimento relativo entre blocos adjacentes. Nesta representação esquemática, temos: (a) Falha normal; (b) Falha inversa; (c) Falha transcorrente; (d) Falha oblíqua. Fonte: Teixeira et al, 2008. 30 Roteiro de Estudo Figura 23: Falhas inversas em gnaisses do Complexo Mantiqueira. Pedreira nos arredores de Itumirim/MG.Fonte: Teixeira et al, 2008. A fi gura 23, anterior, é uma fotografi a de uma falha observada em pesquisa de campo, numa região do interior do estado de Minas Gerais. Na foto, dá, perfeitamente, para se observar os planos de falhas. A tectônica de placas e os terremotos Recentemente, o mundo parou para assistir, atônito, à tragédia do Haiti. Ele chamou a atenção da população mundial sobre a frequência e intensidade dos eventos sísmicos que têm ocorrido em vários pontos do planeta. Embora sejam fenômenos naturais, os terremotos têm afetado as condições de sobrevivência de milhares de pessoas em todo o planeta, levando, inclusive, milhares de pessoas à morte. Os eventos sísmicos (terremotos) estão ligados à acomodação das placas tectônicas, ao choque entre elas ou a regiões com intensas atividades vulcânicas. Sendo assim, eles são difíceis de prever e, mais difícil ainda, de realizar as devidas prevenções visando à minimização de seus estragos. Mas, o que é um terremoto, afi nal? Segundo Teixeira et al. (2008, p.4445); Com o lento movimento das placas litosféricas (tectônicas), da ordem de alguns centímetros por ano, tensões vão se acumulando em vários pontos, principalmente perto de suas bordas. As tensões acumuladas podem ser compressivas ou distensivas, dependendo da direção de movimentação relativa entre as placas [...]. Quando essas tensões atingem o limite de resistência das rochas, ocorre uma ruptura; 31 Roteiro de Estudo o movimento repentino entre blocos de cada lado da ruptura geram vibrações em todas as direções. O plano de ruptura forma o que se chama de falha geológica. Os terremotos podem ocorrer no contato entre duas placas tectônicas (caso mais frequente) ou no interior de uma delas [...], sem que a ruptura atinja a superfície. O ponto onde se inicia a ruptura e a liberação das tensões acumuladas é chamado de hipocentro ou foco. Sua projeção na superfície é o epicentro, e a distância do foco à superfície é a profundidade focal. Figura 24: Representação esquemática das tensões sobre as placas tectônicas: em (A) temos uma tensão compressiva e em (B) uma tensão distensiva. Fonte: Acervo do autor. A Figura 24, anterior, mostra os dois tipos básicos de tensionamentos sobre as placas tectônicas: a compressão e a distensão. É importante observar o sentido da força de tensão (setas). Na situação (A) as setas comprimem a placa e na situação (B) distendem a placa. As vibrações advindas dos terremotos emitem vários tipos de ondas, as quais se propagam em diversos sentidos. A medida do comprimento dessas ondas é que vai determinar o grau de intensidade do terremoto, o qual é medido por um instrumento denominado sismógrafo. Os dois modos principais de propagação das vibrações de ondas sísmicas são a onda “P” (a), longitudinal (vibração paralela à direção de propagação), e a onda “S” (b), transversal (vibração perpendicular à direção de propagação). Junto à superfície da Terra, propagamse também as ondas superfi ciais: onda Rayleigh (c), que é uma combinação de ondas “P” e “S” em que cada partícula oscila num movimento elíptico, e ondas Love, com oscilação horizontal transversal. Nas ondas de superfície, as amplitudes diminuem com a profundidade. Veja a fi gura 25, a seguir, e note que, na passagem das ondas sísmicas, o meio se deforma elasticamente. 32 Roteiro de Estudo Figura 25: representação dos diferentes tipos de propagação de ondas produzidas pelas vibrações sísmicas. Fonte: Teixeira et al. (2008). Para não concluir, resumindo o nosso estudo Chegamos ao fi nal de nosso texto introdutório. Fizemos importantes análises, considerações e refl exões sobre a dinâmica interna da Terra. Verifi camos a relevância de olharmos o nosso planeta enquanto um sistema vivo, dinâmico, longe daquelas visões que o consideram como simples estruturas mortas, estáticas. Verifi camos que todos os aspectos, elementos e organismos que compõem o ambiente terrestre são interdependentes e interligados. A conjugação de todos esses elementos e fatores compõe a dinâmica interna e externa da terra. Verifi camos, ainda, que as feições e estruturas geológicas estão em constante mutação, em transformação, ocasionada pelas forças que incidem sobre a dinâmica do planeta. 33 Roteiro de Estudo Nosso estudo abordou ainda aspectos relativos ao uso e manejo corretos dos recursos hídricos, em especial os reservatórios subterrâneos. É importante estarmos atentos para a relevância da preservação desses recursos nos tempos atuais, em que a água potável se encontra seriamente ameaçada. Fizemos também importantes análises acerca das temáticas relativas à tectônica de placas e aos eventos geológicos a ela associados, como as deformações das rochas e estruturas geológicas, as transformações do relevo terrestre, a formação de cadeias de montanhas (orogenia), a ocorrência dos fenômenos relativos ao vulcanismo e terremotos. Ao analisar os tópicos e as temáticas abordadas nesse estudo, pudemos verifi car sua profunda relação com a construção civil. Percebemos que todas essas questões estão relacionadas com as estruturas da Terra e com os recursos da natureza, elementos básicos fundamentais para as atividades ligadas à Engenharia Civil. Afi nal, as construções, armações, ligas, estruturas e fundações, enfi m, todas as obras do campo da construção civil, se edifi cam sobre as estruturas geológicas e necessita de seus recursos como matéria prima para suas atividades. Diante disso, cabe também aos profi ssionais deste campo, em franca expansão, a tarefa de zelar pela natureza e seus recursos. Os profi ssionais do campo da Engenharia Civil devem, mais do que nunca, planejar suas ações, visando à busca pela sustentabilidade socioambiental que garanta um planeta sadio ambientalmente e uma sociedade mais solidária, para estas e as futuras gerações. Leituras Complementares Texto 1 Texto 2 CONTI, José Bueno. Clima e meio ambiente. São Paulo: Atual, 1998. (Série meio ambiente) Nesta obra, José Bueno Conti analisa a relação do Clima com o Meio Ambiente, numa linguagem simples, objetiva e didática. O autor consegue estabelecer essa relação de forma a instigar o leitor, no sentido de pesquisar as temáticas climáticas e ambientais de maneira contextualizada, fazendo a ligação dos aspectos teóricos com as diversas realidades regionais. GUERRA, Antônio José Teixeira; CUNHA, Sandra Baptista da. Geomorfologia e meio ambiente. Rio de Janeiro: Bertrand Brasil, 1996. Neste livro, os autores levantam relevantes aspectos relacionados ao debate das discussões relativas às grandes temáticas ambientais. Os autores fazem a relação entre as feições do relevo terrestre com os principais problemas ambientais da atualidade, apontando para soluços práticas, de acordo com as diversas realidades das várias regiões do Brasil e do planeta. Fazem, ainda, uma importante discussão acerca dos problemas relacionados às enchentes, deslizamentos de massas (solos). 34 Roteiro de Estudo Texto 3 ROSS, Jurandyr Luciano Sanchez. Geomorfologia: ambiente e planejamento. 2. ed. São Paulo: Contexto, 1991. O livro de Jurandyr Ross aborda algumas das principais questões relacionadas ao planejamento de ações ambientais, no âmbito da construção civil, hidrologia, prevenção de impactos ambientais, recuperação de áreas degradadas, e planejamentourbano/ambiental. Tratase de uma importante contribuição para quem quer analisar soluções simples para problemas concretos, relacionados ao meio ambiente. TEIXEIRA, Wilson et. al. Decifrando a Terra. São Paulo: Companhia das Letras, 2008. Tratase de uma obra de grande densidade teórica, muito bem ilustrada e que traz dados importantíssimos para a pesquisa sobre as estruturas e dinâmica da Terra. Os autores trabalham de forma ampla, todas as questões relativas às estruturas geológicas, às deformações dessas estruturas, aos processos de intemperismo, à tectônica e placas e aos processos orogênicos. É uma obra importante para estudiosos de Geologia, Geografi a, Construção Civil, Biologia e demais ciências correlatas. Texto 4 Atividade 1 Atividade 2 Atividades O esquema, a seguir, representa o conjunto de forças responsáveis pela dinâmica da Terra, explique, com suas palavras, as forças representadas no esquema. Hoje em dia, muito se tem falado sobre importância da atmosfera, sua relação com a qualidade de vida e com a saúde ambiental do planeta. Os principais debates que vemos na grande rede de comunicação de massa (TVs, rádio e jornais) enfatizam o problema da emissão de poluentes para a atmosfera, as alterações climáticas e os problemas do aquecimento global, principal tema de discussão 35 Roteiro de Estudo Atividade 3 Atividade 4 das grandes conferências internacionais. Com base nessas informações e no conteúdo de nosso estudo, escreva: a) o que é a atmosfera; b) qual é a importância do estudo da atmosfera para a construção civil. Observe a tabela, a seguir, e identifi que os reservatórios de água que podem ser utilizados pelas atividades humanas, inclusive as da construção civil. Explique por que os demais reservatórios não podem ser utilizados pelo homem para desenvolver suas atividades. Reservatórios de água da terra Reservatório % do total Volume em quilômetros cúbicos Oceano 97,25% 1.370.000.000 Calotas polares/geleiras 2,05% 29.000.000 Água subterrânea 0,68% 9.500.000 Lagos 0,01% 125.000 Solos 0,005% 65.000 Atmosfera 0,001% 13.000 Rios 0,0001% 1.700 Biosfera 0,00004% 600 TOTAL 100% 1.408.700.000 Marque “V” para as afi rmativas verdadeiras e “F” para as falsas, a seguir, assinale a alternativa que contém a sequência correta. a) ( ) As dinâmicas: externa e interna da Terra funcionam independentemente uma da outra, ou seja, uma não depende da outra. b) ( ) A Mesosfera: vai de 50 a 80 km. Temperatura de 5°C a 95°C. Nela, ocorrem as refl exões das ondas de rádio. c) ( ) A existência da atmosfera é vital para a manutenção da biosfera terrestre. É nela que se passam os fenômenos climáticos. Se não existisse essa massa gasosa, não haveria vida na Terra, nem ocorreriam ventos, nuvens e outros fenômenos meteorológicos. d) ( ) A água subterrânea constitui importantes reservas, extremamente puras e que servem para o consumo humano. Infelizmente, as atividades industriais e agroindustriais têm iniciado o processo de poluição dessas águas, trazendo enormes prejuízos para a continuidade da vida de inúmeras espécies, tanto animais quanto vegetais. e) ( ) As dinâmicas interna e externa formam um sistema complexo, que envolve uma enorme quantidade de energia tanto na porção interna quanto externa do planeta. 36 Roteiro de Estudo f) ( ) O estudo do vulcanismo e dos terremotos é importante para a Engenharia Civil, pois de sua ocorrência depende a segurança de muitas edifi cações, fundações e edifi cações, pois geralmente esses fenômenos estão associados a áreas de falhas e fraturas geológicas, regiões de instabilidade geológica que podem colocar em risco as construções. A alternativa que contém a sequência correta é: a) ( ) V, F, V, V, F, V. b) ( ) F, V, V, V, V, V. c) ( ) F, V, V, V, F, V. d) ( ) F, F, V, V, V, V. e) ( ) F, V, V, V, V, F. Releia o nosso texto de estudos e marque a alternativa incorreta: a) ( ) O movimento das placas tectônicas é responsável pela formação de montanhas, ilhas, diversas feições geológicas, terremotos e vulcões. Assim, o movimento das placas tectônicas está associado à modelagem e remodelagem do relevo terrestre. b) ( ) As forças internas são originadas no núcleo a partir das altas pressões e temperaturas que atuam no interior da Terra. c) ( ) Graças à tectônica de placas, a ciência consegue explicar muitos fenômenos geológicos, como terremotos, vulcanismo, magmatismo, distribuição e origem de diversas feições geológicas. d) ( ) Para a Engenharia Civil, o mais importante é o estudo da dinâmica interna da Terra, uma vez que as construções e edifi cações serão feitas na superfície da Terra, por isso interessa a ela saber o que está ocorrendo na parte interna do planeta. e) ( ) As atividades vulcânicas são resultantes da movimentação do magma pelas áreas de cisalhamento das placas tectônicas. Devido às enormes pressões e temperaturas com que o magma chega à superfície da Terra, ele provoca distorções, alterações e transformações nas feições do relevo e nas estruturas geológicas que compõem a paisagem terrestre. Atividade 5 37 Roteiro de Estudo Observe a fi gura, a seguir: Atividade 6 Fonte: Analisea e escreva um pequeno texto explicando o que poderia ser feito para evitar a contaminação do lençol de água subterrâneo. BRASIL. Ministério das Minas e Energia. Agregados minerais para a construção civil: areia, brita e cascalho. Brasília (DF), 2010. 06 pag. CARNEIRO, Celso Dal Ré. Viagem virtual ao Aquífero Guarani em Botucatu (SP): formação Pirambóia e Botucatu, Bacia do Paraná. Terra e didática, 3(1): p. 5073. Disponível em:<http:// www.ige.unicamp.br/terraedidatica/>. Acesso em: mar. 2010. CENTRO Federal de Educação Tecnológica – CEFET. Terra e estações do ano. Gerência Educacional de Formação Geral e Serviços. Curso Técnico de Meteorologia. Santa Catarina: 2003. CONTI José Bueno. Clima e meio ambiente. São Paulo: Atual, 1998. ___ (Série meio ambiente) FONSECA, Valter Machado da. Aquífero Guarani: a maior reserva de água subterrânea da América do Sul. In: Jornal de Uberaba, dia 11/01/2010, p.02. Referências 38 Roteiro de Estudo GUERRA, Antônio José Teixeira & CUNHA, Sandra Baptista da. Geomorfologia e meio ambiente. Rio de Janeiro: Bertrand Brasil, 1996. LEINZ, Viktor; AMARAL, Sérgio Estanislau do. Geologia geral. São Paulo: Companhia Editora Nacional, 2003.__(Biblioteca Universitária. Série 3, Ciências puras; v. 1). LEPSCH, Igor F. Formação e conservação dos solos. São Paulo: Ofi cina de Textos, 2002. PRESS, Frank et. al. Para entender a Terra. Tradução de Rualdo Menegat...[et. al.]. 4. ed. Porto Alegre: Bookman, 2006. ROSS, Jurandyr Luciano Sanchez. Geomorfologia: ambiente e planejamento. 2. ed. São Paulo: Contexto, 1991. SORRE, Max. Objeto e Método da Climatologia. In: Revista do departamento de Geografi a. São Paulo: FFLCHUSP, 18 (2006), p. 8998. TEIXEIRA, Wilson et. al. Decifrando a Terra. Wilson Teixeira et. al. (Org.). São Paulo: Companhia das Letras, 2008. 39 Roteiro de Estudo Aquífero Guarani: a maior reserva de água subterrânea da América do Sul Valter Machado da Fonseca O sistema capitalista, por um lado, conseguiu imprimir com grande efi ciência, o avanço técnicocientífi co nas áreas de superprodução de bens de consumo, da indústria química e petroquímica, da automação, robótica, nuclear, armamentos,da engenharia genética, de eletroeletrônicos, de alimentos etc.; além de imprimir um novo ritmo à indústria da informática, das telecomunicações e dos transportes. Por outro lado, ele promoveu a marginalização de largas camadas da humanidade, o aparecimento de novas doenças, o ressurgimento de males medievais, principalmente nos países atrasados; a desnutrição, o acúmulo de todo o tipo de lixo, a destruição de grande parte da vegetação, a contaminação das águas e do solo, a substituição de biomas inteiros, como o Cerrado e a Mata Atlântica, por atividades agropecuárias. As consequências do impacto ambiental foram as mais drásticas possíveis. Já no início da Revolução Industrial, com a utilização das máquinas a vapor, iniciouse um violento ataque à biomassa do planeta, com milhões de km² de fl orestas virgens sendo devoradas para a manutenção da indústria de base, principalmente a siderurgia. A degradação das fl orestas veio acompanhada da deterioração das águas por produtos químicos e resíduos, advindos das indústrias. Com a superprodução industrial, surgem outros tipos de poluição que afetam, além das águas superfi ciais e subterrâneas, também os solos, a atmosfera e os seres vivos, dentre eles o homem. Hoje convivemos com os perigos decorrentes da poluição atmosférica, do acúmulo de lixo doméstico e resíduos industriais, do excesso de lixo tóxico e nuclear, além dos problemas causados pela emissão de gases tóxicos para a atmosfera, como o efeito estufa, o aquecimento global, as chuvas ácidas e o buraco na camada de ozônio. A Revolução Industrial trouxe em seu bojo um ataque violento à biomassa do planeta, promovendo em seu início os primeiros grandes impactos ambientais sobre as forças de equilíbrio dos ecossistemas. A indústria petroquímica aliada à superprodução de bens de consumo trouxe um dos piores tipos de poluição, cujas consequências drásticas estão mais visíveis na modernidade. A superprodução de bens de consumo produz milhões de toneladas de lixo doméstico e resíduos industriais, que poluem não somente o ambiente terrestre, como também as águas, sejam elas superfi ciais ou subterrâneas. As técnicas avançadas da produção industrial aplicada à agricultura e mais recentemente o desenvolvimento da biotecnologia especialmente a biotecnologia de alimentos, tem produzido uma gigantesca quantidade de insumos agrícolas e agrotóxicos que causam a contaminação dos rios, lagos, solos e aquíferos subterrâneos. Os produtos químicos aplicados à agricultura contaminam além das águas e dos solos, também os alimentos consumidos pela população trazendo prejuízos irreparáveis à saúde humana. É neste contexto que ocorre a degradação ambiental, fruto da ação antrópica, onde o impacto atinge não somente a natureza, mas também o próprio homem como ser social que deveria estar em interação com a natureza e como parte integrante dela. Portanto, a problemática da contaminação das águas deve ser enfrentada, considerando o conjunto de fatores degradantes e que é fruto da ação do próprio homem sobre a natureza. A emissão de gases tóxicos para a atmosfera, proveniente das indústrias, da queima dos combustíveis fósseis utilizado nos automóveis, a emissão do clorofl uorcarbono (CFC) etc., provocou a poluição atmosférica, o que deu origem ao aparecimento do buraco na camada de ozônio, interferindo diretamente na saúde humana e das diversas espécies animais. 40 Roteiro de Estudo Segundo fontes do Instituto de Pesquisas Espaciais (INPE) e da Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária (EMBRAPA), o Aquífero Guarani é a principal reserva subterrânea de água doce da América do Sul e um dos maiores sistemas aquíferos do mundo, ocupando uma área total de 1,2 milhões de km² na Bacia do Paraná e parte da Bacia do ChacoParaná. Estende se pelo Brasil (840.000 Km²), Paraguai (58.500 Km²), Uruguai (58.500 Km²) e Argentina, (255.000 Km²), área equivalente aos territórios da Inglaterra, França e Espanha juntas. Sua maior ocorrência se dá em território brasileiro (2/3 da área total) abrangendo os Estados de Goiás, Mato Grosso do Sul, Minas Gerais, São Paulo, Paraná, Santa Catarina e Rio Grande do Sul. O Aquífero Guarani, denominação do geólogo uruguaio Danilo Anton em memória do povo indígena da região, tem uma área de recarga de 150.000 Km² e é constituído pelos sedimentos arenosos da Formação Pirambóia na Base (Formação Buena Vista na Argentina e Uruguai) e arenitos Botucatu no topo (Missiones, no Paraguai; Tacuarembó, no Uruguai e na Argentina). O Aquífero Guarani constituise em uma importante reserva estratégica para o abastecimento da população, para o desenvolvimento das atividades econômicas e do lazer. Sua recarga natural anual (principalmente pelas chuvas) é de 160 Km³/ano, sendo que desta, 40 Km³/ano constitui o potencial explotável sem riscos para o sistema aquífero. As águas em geral são de boa qualidade para o abastecimento público e outros usos, sendo que em sua porção confi nada, os poços têm cerca de 1.500 m de profundidade e podem produzir vazões superiores a 700 m³/h. Por ser um aquífero de extensão continental com característica confi nada, muitas vezes jorrante, sua dinâmica ainda é pouco conhecida, necessitando maiores estudos para seu entendimento, de forma a possibilitar uma utilização mais racional e o estabelecimento de estratégias de preservação mais efi cientes. Figura 1: Localização geográfi ca do Aquífero Guarani Fonte: Wikipédia, 2009. O Aquífero Guarani como fonte de água potável e a prática das monoculturas Um exemplo clássico de utilização das águas do Guarani é o abastecimento de água da cidade de Ribeirão Preto (SP). Toda a cidade (100%) é abastecida pelas águas do Aquífero Guarani. Grande parte deste abastecimento é feita sem planejamento, conforme informam estudos da UNICAMP, como se o reservatório tivesse um tempo de vida infi nita. Segundo denúncias do Núcleo de Economia Agrícola (NEA), do Instituto de Economia da UNICAMP, “Os cerca de 500 poços artesianos abandonados em Ribeirão Preto, a redução do nível da água em cerca de 60% e a possibilidade de contaminação dos mananciais próximos às áreas 41 Roteiro de Estudo agrícolas, ameaçam a existência da maior reserva de água potável da América Latina: o Aquífero Guarani”. Como a cidade de Ribeirão Preto, existe, aproximadamente, uma centena de outras cidades do sudeste que exploram as águas do aquífero. Apesar de ser um problema, este não é o maior deles. O maior problema de contaminação das águas, tanto superfi ciais quanto subterrâneas, se liga ao uso e manejo incorretos dos solos agrícolas, por intermédio das práticas das monoculturas voltadas para a exportação. Agora as preocupações se avolumam com a volta da monocultura da canadeaçúcar, que arrasa os solos e diminui o nível de água dos lençóis freáticos. Este tipo de monocultura afeta a bioestrutura dos solos, ressecandoos, deixandoos em vias de desertifi cação. O uso massivo de agrotóxicos e de todo tipo de herbicidas e pesticidas, as altas dosagens de insumos agrícolas, acabam contaminando as águas superfi ciais e subterrâneas. Portanto, o Aquífero Guarani é um recurso natural de valor estratégico incalculável, como fonte de água potável, para esta e para as futuras gerações. Cabe a toda a população brasileira zelar pela garantia da preservação deste valiosíssimo recurso da natureza, como forma de garantir a continuidade da vida no planeta. Para encerrar, nada melhor que a citação de Paulo César de Almeida Freitas (2006): “Acredito ser de uma insensatez e irresponsabilidade sem limites, a utilização das águas do aquífero Guarani,
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