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UNIVERSIDADE LÚRIO Faculdade de Engenharia Curso de Licenciatura em Engenharia Geológica Campus Universitário – Bairro Eduardo Mondlane Cadeira: Geologia de Sistemas Petrolíferos Nível: 3o Ano, IIo Semestre Ambientes Sedimentares Eólicos Discentes: Docente: Ali Yunussa no 005 Eliúde A. Chilaúle, Lic. Rodrigues A. M. Rodrigues no 026 Pemba, Outubro de 2018 Índice 1. Introdução ....................................................................................................................................... 3 2. Objectivos ....................................................................................................................................... 3 3. Ambientes Sedimentares Eólicos.................................................................................................... 4 3.1. Ambientes desérticos .................................................................................................................. 5 3.1.2.Variações climáticas e principais desertos no mundo ........................................................... 6 3.2. Transporte Eólico ........................................................................................................................ 7 4. Estruturas Eólicas............................................................................................................................ 9 4.1. Ondulações eólicas...................................................................................................................... 9 4.2. Dunas eólicas ............................................................................................................................ 10 4.3. Draas ......................................................................................................................................... 12 5. Características dos depósitos eólicos ............................................................................................ 13 5.1. Características sedimentológicas típicas ................................................................................... 13 6. Conclusão...................................................................................................................................... 14 7. Referências Bibliográficas ............................................................................................................ 15 3 1. Introdução Os processos sedimentares eólicos são aqueles que envolvem transporte e deposição de material pelo vento. Toda superfície do globo é afectada pelo vento graus variados, mas os depósitos eólicos são apenas dominantes em uma faixa relativamente restrita de configurações. Os ambientes eólicos mais óbvios são os grandes desertos arenosos em áreas secas dos continentes, mas há acumulações significativas de material transportado pelo vento associado a praias arenosas e planícies de areia periglaciais. Quase todos os ambientes deposicionais incluem um componente de material que foi soprado como pó transportado pelo ar, incluindo os ambientes marinhos profundos e acumulações espessas de poeira levada pelo vento são conhecidos a partir dos estratos quaternários. 2. Objectivos 2.1. Geral: Fazer uma descrição detalhada dos ambientes sedimentares eólicos 2.2. Específicos Identificar e caracterizar os principais depósitos eólicos Explicar os principais processos de transporte de sedimentos Indicar as principais estruturas sedimentares e os principais tipos de sedimentos 4 3. Ambientes Sedimentares Eólicos Ambientes eólicos são aqueles em que os depósitos são compostos principalmente de material soprado pelo vento. Estes sistemas deposicionais são domínios fisiogeográficos de sedimentação em que o vento é o principal agente geológico. Um aspecto fundamental destes sistemas é que o nível de base de erosão é definido pela superfície freática, abaixo da qual o vento não tem capacidade de remover partículas. Assim, quanto mais profundo o nível freático, mais susceptíve l de erosão eólica encontra-se o terreno, especialmente se a cobertura vegetal for insuficiente para reduzir a atuação do vento. Esta é a principal razão pela qual os sistemas deposicionais eólicos são caracterisados de desertos semi-áridos a hiper-aridos, macroambientes climáticos em que a precipitação anual é menor que 500 mm. Nestes macroambientes, as chuvas são ocasionais e torrenciais, alternadas com períodos de até mais de 12 meses consecutivos sem precipitação. Esses sistemas são (Tanizaki, 2013) caracterizados, principalmente, por arenitos esbranquiçados ou avermelhados dispostos na forma de grandes conjuntos de estratificações cruzadas. Os depósitos mais expressivos formados neste sistema são os lençóis de areia e os campos de dunas. Lençóis de areia (sand sheets) Os lençóis de areia (Bagnold, 1941 citado por Tanizaki, 2013) são massas de areia eólica em movimento, com superfície de relevo negligenciável, isto é, superimposição de dunas com faces de avalancha. Nos desertos, ocorrem geralmente às margens dos campos de dunas, embora ambos os tipos de depósitos possam existir independentemente. Em geral, as partículas de granulometria silte e argila são carreadas do domínio desses depósitos e decantadas onde as correntes atmosféricas se tornam mais fracas e incapazes de transportá-las, formando os depósitos de loess. A estrutura sedimentar mais comum dos depósitos de lençol eólico, assim como a qualquer outro tipo de depósito em lençol, é a estratificação plana, de baixo ângulo (menor que 15°). Nesta estratificação, a alternância marcada de granulometria é aspecto frequente, sendo a fração mais grossa (até grânulos) geralmente relacionada ao transporte por rolamento em protodunas dômicas ou na forma de cordões lineares transversais ao vento (Tanizaki, 2013). 5 Campos de dunas (dune fields) Campos de dunas são grandes massas individuais de áreas em movimento, constituídas de dunas eólicas simples e/ou compostas, cavalgantes ou coalescentes, entre as quais podem existir áreas Interdunas. Refere-se especificamente aos grandes campos de dunas que a presença de vegetação é irrelevante do ponto de vista da sedimentação. 3.1. Ambientes desérticos As areias eólicas formam uma parte de uma fácies da zona árida, associações que também inclui depósitos de lagos efémeros e leques aluviais e/ou sedimentos fluviais efémeros. Nestas áreas secas, o sedimento é trazido para a bacia por rios que trazem detritos das áreas vizinhas de captação e depositam em aluvial, misturas de sedimentos mal classificados. O clima é o factor principal (Nichols, 2009) para a determinação da distribuição e extensão dos desertos arenosos. Condições áridas são necessárias para inibir o desenvolvimento de plantas e um solo que estabilizaria sedimentos soltos, e a ausência da água superficial impede sedimento de ser retrabalhado e removido por processos fluviais. Fig. 1: Ambientes deposicionais em regiões áridas: material grosseiro é depositado em leques aluviais, areia se acumula para formar dunas eólicas e chuvas ocasionais alimentam lagos efêmeros onde depósitos de lama e evaporito são depositados. [Fonte: Nichols, 2009]. 6 3.1.1. Lençol freático A superfície da terra nos desertos arenosos é principalmente seca, mas se o substrato for uma rocha porosa haverápresença de águas subterrâneas abaixo da superfície. O nível abaixo da superfíc ie desta água subterrânea constitui o lençol freático (Nichols, 2009), e é determinado pela quantidade de água presente. O lençol freático afectará os processos eólicos, pois os sedimentos molhados não serão removidos pelo vento, portanto um aumento no lençol freático tende a promover o acúmulo de sedimentos. Por outro lado, uma queda no lençol freático fará com que mais sedimentos sejam transportados pelo vento. 3.1.2. Variações climáticas e principais desertos no mundo A formação das estruturas eólicas (Nichols, 2009) requer uma configuração de topografia apropriada e padrões de vento em um cinturão climático adequado. Os desertos arenosos modernos estão nas regiões subtropicais quentes, que têm padrões de vento predominantemente secos e em alto mar: na maioria das vezes, localizam-se nos lados ocidentais dos continentes (Fig. 2). Embora condições semelhantes provavelmente tenham existido em muitas épocas e lugares através da história da Terra, o número e a extensão de desertos são susceptíveis à variações devido ao movimento das placas. O clima a nível mundial também é conhecido por ter mudado ao longo do tempo. Houve períodos de “estufa” condições em que a temperatura em todo mundo foi mais quente, e “resfriamento” períodos em que o mundo inteiro foi resfriado. Fig. 2: A distribuição dos desertos modernos no mundo [Fonte: Nichols, 2009]. 7 3.2. Transporte Eólico É processo de transporte de sedimentos finos até tamanho da areia pelo vento. O transporte de partículas pelo vento ocorre, basicamente, por três mecanismos: saltação, suspensão e arrastamento (Bagnold, 1941 citado por Tanizaki, 2013). A saltação corresponde a um movimento com trajetória parabólica causada pelo choque entre partículas que as arremessa para cima e para frente; a suspensão ocorre no transporte de partículas menores que 0,15cm; e o rastejamento ocorre nas partículas maiores que são arrastadas para frente. Esses mecanismos de transporte pelo vento são excelentes meios de selecionamento dos grãos. 3.2.1. Padrões globais de vento Para Nichols (2009) vento é um movimento de ar de uma parte da Superfície da Terra para outra é impulsionada por diferenças na pressão do ar entre dois lugares. As massas de ar se movem de áreas de alta pressão para áreas de baixa pressão, e a velocidade na qual o ar se move será determinado pela diferença de pressão. E na Atmosfera a circulação de ar é impulsionada pelas diferenças de temperatura. O principal contraste na temperatura está entre o Equador e os Pólos. Equador recebe mais energia do Sol, e os Pólos recebem menos. Ar quente no Equador sobe, viajando em altas altitudes em relação aos Pólos enquanto o ar frio nos Pólos afunda, voltando ao Equador mais perto do nível do solo. Esse padrão simples é, portanto, afectado por dois (2) outros factores. Primeiro factor, o padrão de circulação se divide em células menores, três cada hemisfério. E o segundo factor é a força de Coriolis que desvia o caminho de massa de ar de simples direcções norte – sul, resultando num padrão de ventos mostrado na figura 3. 8 Fig. 3: A distribuição de correias de alta e baixa pressão em diferentes latitudes cria padrões de vento que são desviados pela força de Coriolis. [Fonte: Nichols, 2009]. 3.2.2. Processos de transporte eólico Um fluxo de ar sobre um grão de areia solto exerce uma força de sustentação na partícula com a velocidade crescente esta força pode aumentar até o ponto onde o grão rola. (Nichols, 2009). A força de elevação é proporcional à velocidade do fluxo e a densidade do meio. O ar tem uma densidade menor que água, assim, enquanto a água flui de apenas algumas dezenas de centímetros por segundo pode causar movimento de grãos de areia, o vento necessita de velocidades muito maiores para mover os mesmos grãos. Em altas velocidades do vento as partículas de silte e argila são transportadas como carga suspensa em grandes quantidades de áreas secas para criar tempestades de poeira que podem carregar sedimentos aéreos em grandes distâncias. Esta poeira permanecera em suspensão até que a velocidade baixe e o sedimento fino comece a cair para o chão ou sobre uma superfície de água. 9 3.3. Desertos e Ergs Desertos são áreas que recebem pouca precipitação. (Nichols, 2009). Entretanto, as áreas que recebem precipitação média entre 250 e 500 mm por ano são definidas como semi-áridos e geralmente não são considerados desertos verdadeiros. A escassez da água limita a quantidade e diversidade de vida nestas áreas, apenas uma gama relativamente limitada de plantas e animais se adaptaram para viver sob essas condições secas e grandes partes de uma superfície desértica são desprovidas de vegetação. A falta de vegetação é um dos factores que contribui para a actividade eólica nestes ambientes. Ergs são características proeminentes de alguns desertos. A maioria dos desertos não são de areia, mas são grandes áreas estéreis conhecidas como desertos rochosos (áreas de deflação, isto é, remoção de material e, como tal, não são ambientes deposicionais). As rochas no deserto estão sujeitas a um efeito de jacto de areia e, nas condições de oxidação do deserto resulta no desenvolvimento de uma pátina escura de óxidos de ferro e manganês conhecidos como deserto verniz. 4. Estruturas Eólicas Os processos eólicos de transporte e deposição dão origem à estruturas que são de alguma forma semelhantes as estruturas subaquáticas, porém com algumas diferenças que podem ser usadas para ajudar a distinguir as areias eólicas e subaquáticas. Três grupos podem ser separados (Wilson 1972, citado por Nichols, 2009) com base em seu tamanho: ondulações eólicas, dunas e draas. 4.1. Ondulações eólicas Quando o vento sopra em um leito de areia, os grãos se movem por saltação formando um tapete fino de grãos de areia em movimento. Os grãos se encontram temporariamente suspensos e, à medida que chegam à superfície, têm uma energia suficiente para derrubar os grãos impactados no fluxo livre de ar. Grãos nestas pilhas serão mais susceptíveis a serem carreados pelo fluxo e a uma velocidade constante do vento (Nichols, 2009), os grãos médios de areia se moverão sobre a mesma distância por saltação originando uma série de pilhas de grãos alinhados perpendicularmente ao vento e espaçados a distâncias iguais. 10 As ondulações eólicas têm comprimentos de onda extremamente variáveis (distancia entre as cristas) variando de alguns centímetros a vários metros e, as alturas variam de menos de um centímetro a mais de dez centímetros. As calhas entre cristas são zonas onde os grãos não são carreados pelo fluxo do ar. Quando uma crista se torna bem desenvolvida, os grãos podem sofrer desmoronamento no vale adjacente formando laminação cruzada. Fig. 4: Ondas eólicas se formam com grãos de areia saltando: grãos mais finos são peneirados das cristas criando um ligeiro efeito inverso classificação entre o vale e a crista da ondulação que pode ser preservada nas lâminas. [Fonte: Nichols, 2009]. 4.2. Dunas eólicas Dunas eólicas são formas de leito onduladas, quase sempre assimétricas, produzidas pelo transporte e deposição de partículas pelo vento. Geralmente variam de 3 a 600 m de comprimento de onda e estão entre 10 e 100 m de altura. Elas migram devido a saltação de areia que pode resultar na formação de ondulações eólicas que são muito comuns observadas nos lados das dunas como mostrado na figura a seguir. Fig. 5: Ondas eólicas sobrepostas a uma duna eólica. [Fonte: Nichols, 2009].11 A areia que se acumula na crista da duna é instável e desce lentamente pela inclinação como avalanche formando uma camada inclinada de areia como mostrado na figura 6. Fig. 6: Dunas eólicas migram como areia explodido a favor do vento para cair como granizo em lado de sotavento. [Fonte: Nichols, 2009]. Avalanches repetidas constroem um conjunto de cruzamentos que podem ser preservados se houver um acumulo de areia. As altas velocidades do vento, alguns grãos de areia estão em suspensão temporária e quando soprados directamente sobre a crista da duna caem no declive. A orientação e forma (planar ou vale) da estratificação cruzada dependerá do tipo de duna (McKee, 1979, citado por Nichols, 2009). As dunas eólicas dependendo da sua forma e orientação são classificadas em quatro (4) tipos: dunas transversais, dunas barcanas, dunas lineares (seif dunes) e dunas estrelas. Dunas transversais formam-se onde há maior fornecimento de areia e com a diminuição do fornecimento há uma transição para dunas barcanas. Em circunstâncias em que há duas direcções de vento proeminentes, formam-se as dunas lineares ou seif dunes e em áreas de direcções múltiplas de vento, originam-se as dunas estrelas. 12 Fig.7: a) Dunas transversais, b) Dunas barcanas, c) Dunas lineares e d) Dunas estrelas. [Fonte: Adaptado do Nichols, 2009]. 4.3. Draas As estruturas eólicas são hierarquizadas de acordo com o seu tamanho. A superposição de formas de leito eólicas de mesma hierarquia pressupõe o entulhamento progressivo das superfíc ies aproximadamente planas que separam ondulações vizinhas. A superposição de dunas leva à formação de feições eólicas de dimensões maiores, e, seu conjunto genericamente é denominado por draas (Wilson, 1972, citado por Tanizaki, 2013). Draas são geralmente composta de dunas nos lados de stoss e lee, mas uma única face deslizante pode se desenvolver em algumas encostas de lee. Eles mostram uma variabilidade semelhante de forma para dunas com estrelas, formas lineares e transversais. 13 5. Características dos depósitos eólicos Para Nichols (2009), as características dos depósitos eólicos são seguintes: Litologias - apenas areia e silte Mineralogia - principalmente quartzo, com raros exemplos de carbonato ou outros grãos Textura - silte muito bem classificado para areia média Fósseis - raros em depósitos de dunas do deserto, ocasionais ossos vertebrados Geometria da camada - folhas ou lentes de areia Estruturas sedimentares – desdobramento de dunas em grande escala e estratificação paralela em areia Paleocorrentes - orientações de dunas reconstruídas de cruzamentos indicam a direção do vento Cor - amarelo a vermelho devido a presença de hidróxidos e óxidos de ferro Associações de fácies - ocorrem com ventiladores aluviais, efêmero rio e lago fácies em desertos, também com depósitos de praia ou fácies glaciais 5.1. Características sedimentológicas típicas: - Grãos monominerálicos - Brilho e polimento foscos - Arredondamento e esfericidade elevados - Elevada selecção granulométrica - Presença de estratificação cruzada Importância Bons armazenadores de água, óleo e gás (boa porosidade e permeabilidade elevada). 14 6. Conclusão Durante a pesquisa feita para o trabalho, concluiu-se que em ambientes eólicos os depósitos são constituídos principalmente por material soprado pelo vento, sendo este o principal agente geológico. Este pode causar erosão que é influenciada principalmente pela vegetação e pelo nível freático, onde o nível freático mais profundo é mais susceptível à erosão eólica. Esses depósitos são menos comuns fora dos ambientes desérticos e, são bons armazenadores de água, óleo e gás, pois apresentam uma boa porosidade e uma permeabilidade muito elevada. As areias depositadas nessas áreas desérticas são essencialmente sedimentos de quartzo. As condições de oxidação nos desertos impedem a preservação da maior quantidade de fósseis e servem como pigmentos responsáveis na coloração vermelho-amarela dos sedimentos. As principais estruturas destes ambientes são as ondulações eólicas, dunas e draas. Os objectivos foram alcançados com dificuldades, embora que os aspectos gerais relacionados aos ambientes sedimentares eólicos já foram descritos, não se encontrou uma informação sobre a potencialidade de ocorrência de petróleo nestes ambientes. 15 7. Referências Bibliográficas Nichols, G. (2009). Sedimentology and stratigraphy (2a ed.), Garsington Road: Oxford Tanizaki, M. L. N (2013). Geologia do grupo Araí: Registro de Rifteamento Crustal no Brasil Central, Brasília
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