Geofísica Ambiental

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Geofísica Ambiental – 5ºAno Engenharia do Ambiente 
INTRODUÇÃO 
 
 
O estudo da Terra usando medições, à superfície, de parâmetros físicos é 
designado por Geofísica. Se bem que não seja fácil estabelecer uma distinção fácil 
entre geologia e geofísica, a diferença assenta sobretudo no tipo de dados que são 
usados. 
A Geologia envolve o estudo da Terra por via de observações directas das 
rochas, quer à superfície, quer provenientes de amostras colhidas em furos, e a 
dedução da sua estrutura, composição, ou história baseada na análise dessas 
observações. 
A Geofísica, por seu turno, aplica os principios da Física ao estudo da Terra. A 
investigação geofísica do interior da Terra envolve fazer medições na, ou muito 
próximo, da sua superficíe que são influenciadas pela distribuição interna das 
propriedades (parâmetros) físicas. A análise das medições pode revelar como é que as 
propriedades físicas do interior da Terra variam vertical e lateralmente. 
Num sentido mais lato, a Geofísica providencia instrumentos e métodos para o 
estudo da estrutura e composição do interior da Terra. A maior parte do nosso 
conhecimento terrestre, abaixo das profundidades que se podem atingir por 
intermédio de furos, é proveniente de observações geofísicas. A existência e as 
propriedades da crosta, manto e núcleo terrestres foram determinadas sobretudo por 
observação de ondas sísmicas originadas pelos terramotos e por medições do campo 
magnético, gravítico e propriedades térmicas. 
Trabalhando em diferentes escalas, os métodos geofísicos podem então ser 
aplicados a uma vasta gama de estudos, que vão desde estudos à escala global 
(geofísica global) até à exploração de regiões localizadas na crosta superior 
(levantamentos geofísicos). 
Nos últimos 75 anos os métodos geofísicos foram desenvolvidos sobretudo 
para a prospecção de hidrocarbonetos e depósitos minerais. Durante este período 
foram construidos vários instrumentos e acumulada uma vasta experiência na 
interpretação dos dados. Para responder ao aumento do consumo de matérias primas, 
a exploração geofísica de recursos em energia fóssil e minérios tem-se extendido a 
profundidades cada vez maiores. Contudo, a tarefa de controlar o “depósito” dos 
grandes volumes dos resíduos resultantes do uso das matérias primas é nova para a 
geofísica. Agora, os até aqui eliminados efeitos superficiais (que eram considerados 
ruído nos estudos de maior profundidade) tornaram-se um novo assunto de 
investigação. 
Não há necessidade de desenvolver novos métodos geofísicos para a 
exploração de “hazardous sites”. Os instrumentos e a experiência acumulados podem 
continuar a ser usados, necessitando, no entanto, de ser adaptados aos problemas 
ambientais. Será, por exemplo, necessário utilizar grelhas muito finas para atingir 
grandes definições a pequenas profundidades. 
Um método alternativo para investigar a geologia sub-superficial é, claro, o 
uso de sondagens por perfuração, mas estas são muito mais dispendiosas e dão apenas 
informação sobre o local onde foram realizadas. Os levantamentos geofísicos não 
dispensam a utilização de sondagens mas, quando aplicados racionalmente, podem 
optimizar a necessidade de fazer furos. 
 
Tipos de levantamentos 
 
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Existe uma divisão nos métodos aplicados na geofísica que separa aqueles em 
que se usam os campos naturais da Terra e aqueles que requerem a introdução no solo 
de energia gerada artificialmente. Os métodos dos campos naturais utilizam os 
campos gravítico, magnético, eléctrico e electro-magnético para localizar 
perturbações locais destes campos naturais que podem ser provocadas por estruturas 
geológicas “escondidas”. 
Os métodos das fontes artificiais envolvem a geração de campos eléctricos ou 
electro-magnéticos, que podem ser usados de maneira análoga aos campos naturais, a 
geração de ondas sísmicas cuja velocidade de propagação e percurso através do solo 
fornecem informação sobre a distribuição das fronteiras geológicas em profundidade. 
Geralmente o método das fontes naturais pode fornecer informação sobre as 
propriedades da Terra até profundidades significativamente grandes e são 
logisticamente mais fáceis de aplicar que os métodos das fontes artificiais. Os 
últimos, contudo, são capazes de produzir uma imagem mais detalhada e precisa da 
geologia sub-superficial. 
Vários métodos de prospecção geofísica podem ser usados no mar ou 
executados pelo ar. O maior custo associado com as operações marinhas e aéreas e os 
problemas da localização espacial são compensados por uma maior rapidez e área 
coberta em relação aos métodos “pedestres”. 
De entre os vários métodos geofísicos usados em prospecção, os mais 
importantes são: 
 
Gravíticos – Na prospecção gravimétrica medimos as variações da atracção 
gravítica de unidades rochosas localizadas nos primeiros km da superfície terrestre. 
Diferentes tipos de rochas têm diferentes densidades, e as rochas mais densas exercem 
uma maior atracção gravítica. A figura abaixo ilustra o facto de um mesmo corpo ter 
pesos diferentes em localizações distintas se as rochas do sub-solo tiverem densidades 
variáveis; o que é usual. Contudo, tais variações (de peso) têm amplitudes 
extremamente baixas e só podem ser medidas com recurso a instrumentos especiais 
chamados gravimetros 
 
 
 
Magnéticos – A prospecção magnética informa-nos sobre as variações do 
campo magnético da Terra que sejam atribuíveis a alterações de estrutura ou da 
susceptibilidade magnética de certas rochas sub-superficiais. Na exploração mineira 
os métodos magnéticos são empregues para a identificação de minérios que 
contenham minerais magnéticos tais como a magnetite (um minério com muito ferro). 
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Eléctricos – A prospecção eléctrica recorre ao uso de uma grande variedade 
de técnicas, cada uma delas baseada numa diferente propriedade ou característica dos 
materiais do solo. 
Resistividade: este método dá-nos informação sobre as camadas, ou corpos, 
que tenham anomalias nas sua conductividade eléctrica. O método resistivo é usado 
sobretudo em estudos de águas subterrâneas. 
 
 
Potencial expontâneo: é usado para detectar a presença de certos minerais 
que, reajindo com electrólitos presentes no solo, dão origem a potenciais 
electroquímicos. Um corpo sulfuroso que esteja mais oxidado na sua superfície 
superior que na inferior, originará um potencial eléctrico que será detectável por 
galvanómetros dispostos à superfície. 
 
 
Polarização induzida: este método permite diagnosticar a ocorrência de trocas 
iónicas que se processam na superfície dos grãos metálicos. Ele é usado 
principalmente na exploração de sulfuretos. 
Magnetotelúrico: usa as correntes naturais da terra (campos magnéticos 
alternos) que induzem correntes (e por sua vez novos campos magnéticos) quando 
atravessam os materiais condutores presentes no solo. 
Electromagnéticos - como o nome indica este método baseia-se na 
propagação de campos electromagnéticos de baixa frequência, quer acima, quer 
abaixo da superfície. É muito usado na exploração mineral (os detectores de metais 
usam este método). 
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Sísmicos – Os métodos sísmicos são baseados na emissão de ondas sísmicas 
artificiais geradas à superfície. Essas ondas são monitorizadas através dos seu “ecos” 
após terem percorrido o interior do solo e regressado à superfície depois de terem sido 
reflectidas e refractadas pelas descontinuidades da crosta. Distinguem-se duas 
variedades de métodos sísimicos. 
Reflexão: com este método observa-se o comportamento das ondas sísmicas 
que, após terem sido reflectidas pelas várias discontinuidades da crosta originadas por 
contrastes nas propriedades elásticas dos materiais, são detectadas por sensores 
(hidrofones e geofones). Este é o método maisutilizado na detecção de 
hidrocarbonetos. 
 
 
Refracção: neste caso as ondas sísmicas propagam-se perto da superfície, 
percorrem grandes distâncias e são detectadas por geofones. A informação que este 
método providencia refere-se a àreas mais extensas que o anterior e fornece assim 
uma imagem regional das estruturas sub-superficiais. 
 
 
Radioactivos – Este método baseia-se nas propriedades radioactivas de certos 
minerais tais como aqueles que contêm urânio. Com recurso a detectores (contadores 
Geiger e contadores de cintilações) esses minarais podem ser detectados à superfície. 
 
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O tipo de propriedade física à qual um dado método responde determina assim 
claramente os seus limites de aplicação. Por exemplo, o método magnético é muito 
apropriado para a localização de minérios de ferro. Analogamente os métodos 
elécticos ou sísmicos são apropriados para a localização de lençóis freáticos, dado que 
os terrrenos saturadas de água se podem distinguir dos secos devido à sua maior 
velocidade sísmica e maior conductividade eléctrica. 
Existe uma vasta gama de métodos de prospecção geofísica. Para cada um 
deles existe uma propriedade física “operativa” para a qual o método é sensitivo. Os 
métodos estão listados na tabela seguinte. 
 
Método Parâmetro medido Propriedade física ‘operativa’ 
Sísmico Tempo de percurso das ondas 
sísmicas reflectidas/refractadas 
Densidade e módulos elásticos, que 
determinam a velocidade de propagação 
das ondas sísmicas 
Gravimétrico Variações espaciais na intensidade 
do campo gravítico da Terra 
Densidade 
Magnético Variações espaciais na intensidade 
do campo geomagnético 
Susceptibilidade magnética e 
remanescência 
Eléctrico 
Resistividade Resistividade do solo Conductividade eléctrica 
 Polarização 
induzida 
Polarização de voltagem Capacitância eléctrica 
 Potencial 
expontâneo 
Potenciais eléctricos Conductividade eléctrica 
Electromagnético Reposta à radiação 
electromagnética 
Conductividade eléctrica e inductância 
Radar Tempo de percurso dos impulsos 
de radar reflectidos 
Constante dieléctrica 
 
 
Nos vários métodos de prospecção é a variação local do valor de um dado 
parâmetro, relativamente a um valor regional, que tem importância primordial. Tal 
variação é atribuida a uma zona localizada com proprieadades físicas distintas. Uma 
variação local desta natureza é designada por anomalia geofísica. 
Por exemplo, o campo gravitacional, após aplicação de certas correcções, 
deveria ser constante em todo o lado se a sub-superfície tivesse uma densidade 
uniforme. Qualquer variação lateral da densidade, associada a uma variação da 
geologia sub-superficial, resulta num desvio local do campo gravítico. Esta variação 
local designa-se anomalia gravítica. 
 
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O Problema da Ambiguidade na Interpretação Geofísica 
 
Se a estrutura interna e as propriedades físicas da Terra fossem conhecidas 
precisamente, a intensidade de uma medição particular, efectuada à superfície, 
poderia ser prevista precisamente e de um forma única. Assim, por exemplo, seria 
possivel prever o tempo de percurso de uma onda sísmica reflectida por uma dada 
camada, ou determinar o valor da gravidade ou campo magnético em qualquer 
localização superficial. Na prospecção geofísica o problema é o inverso deste, ou seja, 
o de deduzir alguns aspectos de estrutura interna da Terra a partir de medições feitas à 
superfície. O primeiro dos problemas é conhecido por problema directo e o segundo 
problema inverso. Enquanto que os problemas directos têm soluções teóricas únicas, 
os problemas inversos sofrem de uma ambiguidade inerente, ou não unicidade. 
Por exemplo, se um impulso de sonar demorar 0,1 s para fazer o percurso 
desde a superfície da água até ao fundo do mar e voltar, então, usando o valor de 1500 
m/s para a velocidade do som na água, ficamos a saber que a profundidade é de 
0,1*1500/2 = 75 m . 
Usando o mesmo princípio, uma onda sísmica pode ser usada para determinar 
a profundidade de uma dada interface geológica (e.g. o topo de uma camada de 
calcáreo). Para isso media-se o tempo de ida e volta da onda sísmica desde a 
superfície ao topo da camada e de volta à superfície. Contudo, a conversão do tempo 
do percurso em termos de profundidade requer o conhecimento da velocidade de 
propagação da onda no meio e, contrariamente ao caso da velocidade do som na água, 
esta informação não é geralmente conhecida. Se admitirmos uma dada velocidade 
obtemos uma estimativa da profundidade, mas ela representa apenas uma de muitas 
possiveis soluções. Como o tipo de rochas varia significativamente a conversão da 
velocidade em termos de profundidade não é uma tarefa fácil. 
 
A questão da não unicidade dos métodos potenciais 
 
O problema geral é que diferenças significativas em relação a uma dada 
situação geológica podem traduzir-se em diferenças insignificantes nas quantidades 
medidas num levantamento. Esta ambiguidade tem origem no facto de que 
configurações geológicas diferentes poderem reproduzir as mesmas observações. Esta 
limitação básica resulta do facto inegável de que os levantamentos geofísicos se 
propõem resolver um difícil problema inverso. 
Deve notar-se também que as quantidades obtidas experimentalmente não são 
nunca quantidades exactas (vêm afectadas por erros de medição), o que introduz um 
factor adicional de indeterminação. 
Dado que uma solução única não pode, em geral, ser obtida, a interpretação 
geofísica preocupa-se com a determinação das propriedades sub-superficiais que 
todas as soluções possiveis partilham (ou em introduzir constrangimentos realistas 
que restrinjam o número de soluções possiveis). 
Apesar de todos estes problemas a investigação geofísica tem dado muito bons 
resultados. 
 
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	INTRODUÇÃO 
	Tipos de levantamentos 
	A questão da não unicidade dos métodos potenciais