DGEO - Teses de Doutoramento / Doctoral Thesis
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- Aplicação de técnicas de geodesia espacial ao estudo dos sistemas vulcano-tectónicos e hidrotermais do segmento definido pelas ilhas Terceira, São Jorge e GraciosaPublication . Rodrigues, Rita Maria Mendo Trigo Chichorro; Ferreira, Teresa de Jesus Lopes; Sigmundsson, FreysteinnO enquadramento geodinâmico do arquipélago dos Açores, aliado às suas características geológicas, geoquímicas, geofísicas e as frequentes manifestações das actividades sísmica e vulcânica, têm motivado o avanço de estudos multidisciplinares, em particular, aplicados a sistemas vulcânicos e tectónicos como complemento à mitigação de riscos geológicos. Neste contexto, desde 1999 que o Centro de Vulcanologia e Avaliação de Riscos Geológicos (CVARG) da Universidade dos Açores (UAc) tem vindo a desenvolver estudos no domínio da deformação crustal de forma a contribuir para o enriquecimento do conhecimento científico sobre a evolução do estado da deformação dos sistemas vulcano-tectónico activos da região dos Açores. Consequentemente, o presente trabalho tem como objectivo a compreensão dos processos de deformação crustal dos sistemas vulcano-tectónicos das ilhas Terceira, S. Jorge e Graciosa, tendo-se para o efeito procedido à implementação de um sistema de processamento / tratamento automático de dados GPS. [...].
- Assessment of volcanic hazards from explosive eruptions on islands: the case of São Miguel (Azores)Publication . Aguiar, Simone Correia; Pacheco, José Manuel Rodrigues; Pimentel, Adriano Henrique Gonçalves; Sandri, LauraABSTRACT: Volcanic islands face unique challenges when impacted by explosive eruptions due to their geographic isolation, small land area, typical rough topography, and proximity of populated areas and infrastructure to volcanic centres. The stratigraphic record of island volcanoes is often incomplete or poorly preserved, generating large uncertainties regarding their past eruptive behaviour, limiting eruption forecasting. São Miguel Island in the Azores Archipelago is one such case, hosting three active central volcanoes (Sete Cidades, Fogo, and Furnas) that have produced a wide variety of eruptions in the last millennia, ranging from highly explosive trachytic events to basaltic flank eruptions. This work presents, for the first time in the Azores, a long-term Probabilistic Volcanic Hazard Assessment (PVHA) using São Miguel Island as a case study. The development of this type of analysis requires the integration of different sources of information, including the probability of future eruptions, the probability of opening new vents, and probabilistic numerical simulations of tephra fallout for different eruption scenarios, which are combined into Bayesian Event Trees to generate probability maps, hazard maps, and hazard curves. Temporal analysis was performed first to estimate inter-event times (IET), i.e., the time intervals between successive eruptive events, using different statistical distributions, and to compute the probabilities of an eruption in the next 50 years for each central volcano. This was achieved by implementing an innovative methodology that focuses on the generation of synthetic catalogues by randomly assigning stratigraphic-consistent ages and accounting for age uncertainties of past events. Catalogues of basaltic (s.l.) and trachytic (s.l.) events (BT catalogues), and catalogues of trachytic (s.l.) events (T catalogues) were generated for each of the three central volcanoes. The results revealed that Sete Cidades data are non-stationary, suggesting an incomplete eruptive record or changes in eruption frequency over time. The mean IET were shorter for Sete Cidades Volcano (154 yr and 205 yr for BT and T catalogues, respectively) than for Fogo (546 yr for BT catalogues and 909 yr for T catalogues) and Furnas volcanoes (318 yr for T catalogues). The mean probabilities of an eruption within the next 50 years are higher for Sete Cidades (21% for BT and 17% for T catalogues), followed by Furnas (13% for T catalogues), and Fogo (8% for BT and 5% for T catalogues). Spatial analysis was performed separately for each central volcano to identify areas with a higher probability of hosting future eruptive centres. This was accomplished by implementing the kernel method and using the location of past vents, either central vents or eruptive fissures. Different datasets were considered for this analysis: basaltic (s.l.) and trachytic (s.l.) centres together, including fissures and central vents (BT datasets), trachytic (s.l.) vents of explosive and effusive events (T datasets), and only explosive trachytic (s.l.) vents (ET datasets). Different kernel functions (Gaussian, Cauchy, Exponential, and Uniform) were explored and the best degree of clustering of eruptive centres (given by a smoothing parameter h) was determined for each dataset of each volcano. Vent opening probability maps (susceptibility maps) were computed by combining the pair (kernel function and smoothing parameter) that best described the empirical cumulative distribution function of the distance between eruptive centres. The results show that for the Sete Cidades BT dataset, the most likely locations to host future vents are located on the southeast flank (30%), the caldera (17%), and on the southwest flank (8.7%). However, when considering future trachytic (s.l.) vents, higher probabilities were obtained for the caldera (51%) and the southwest sector (28%). Explosive trachytic (s.l.) eruptions are more likely to occur only inside the caldera (83%). On what concerns Fogo Volcano, the most likely locations to host future eruptive centres (BT dataset) include the west-northwest flank (29%), the caldera (9.6%), and the southwest flank (6%). Regarding future trachytic (s.l.) events, the most probable locations to host new vents are the west-northwest flank (25%), the caldera (17%), and the north-northeast flank (15%). Explosive trachytic (s.l.) eruptions are more likely to occur inside the caldera (29%) and on the north flank (9.3%). For Furnas Volcano, the most probable locations to host future eruptive centres (BT dataset) are inside the caldera complex (34%), on the northern flank (31%), and on the eastern flank (15%). Regarding the opening of future trachytic (s.l.) vents, the most likely locations are the interior of the caldera complex (63%) and on the north flank (21%). In the case of explosive trachytic (s.l.) eruptions, future vents are highly probable inside the caldera complex (91%). A long-term PVHA framework, rooted on Bayesian inference, was applied to each central volcano, focusing on explosive trachytic (s.l.) eruptions to evaluate the impact of tephra load on São Miguel Island over the next 50 years (absolute probabilities) and conditional to the occurrence of a future VEI 4 eruption (conditional probabilities). The computed absolute probability maps indicate a higher probability of exceeding lower tephra load thresholds (e.g. 1 and 10 kg/m2) in the next 50 years compared to higher accumulations of tephra (e.g. 400 kg/m2), with Sete Cidades and Furnas volcanoes being the main contributors to exceeding these tephra loads. The obtained hazard maps indicate that tephra loads between 200 kg/m2 and 300 kg/m2 and between 50 kg/m2 and 200 kg/m2 (thicknesses of 20 to 30 cm and 5 to 20 cm) are expected at locations close to Sete Cidades and Furnas, respectively, suggesting that these volcanoes represent a greater threat to local populations over the next 50 years. The hazard curves computed for critical infrastructures such as the Ponta Delgada airport, Divino Espírito Santo hospital, and Pico Vermelho geothermal powerplant reveal that Sete Cidades Volcano represents the greatest threat to the airport and the hospital, while Fogo Volcano has the greatest impact on the geothermal powerplant within the next 50 years. Combining the results of the PVHA for each volcano revealed that the area between Relva and Caloura parishes, in the southern part of São Miguel, and the area of Nordeste parish, are less vulnerable to tephra fallout in the next 50 years.
- Avaliação dos perigos geológicos na Ilha Brava (Cabo Verde) : implicações para o planeamento de emergênciaPublication . Alfama, Vera Isabel Barros; Queiroz, Maria Gabriela Pereira da Silva; Gaspar, João Luís Roque BaptistaO arquipélago de Cabo Verde é frequentemente afetado pela ocorrência de sismos e erupções vulcânicas, o que o torna um laboratório de excelência para o estudo de perigos associados a estes eventos geológicos. Neste contexto, foi selecionada a ilha Brava, caracterizada pela ocorrência frequente de sismos sentidos pela população local e pela existência de vulcanismo considerado ativo, apesar de não ter ocorrido nenhuma erupção histórica desde o seu povoamento. Com este trabalho pretendeu-se contribuir para o estudo da avaliação dos perigos sísmico e vulcânicos numa perspetiva de planeamento de emergência. Foi feita a caracterização geomorfológica da ilha incidindo-se sobre as estruturas vulcânicas e tectónicas, bem como o estudo da rede hidrográfica, das cicatrizes de movimentos de vertente e da orla costeira, o que culminou com a elaboração da carta morfoestrutural da Brava. [...].
- Avaliação dos perigos vulcânicos e fenómenos associados na Ilha do Fogo (Cabo Verde) : implicações para o planeamento de emergência e ordenamento do territórioPublication . Cabral, Jeremias Alves; Gaspar, João Luís Roque Baptista; Ferreira, Teresa de Jesus LopesO arquipélago de Cabo Verde é composto por 10 ilhas e vários ilhéus de origem vulcânica, sendo a ilha do Fogo a única onde se registaram erupções históricas. É neste contexto que o presente trabalho se debruça sobre a avaliação dos perigos vulcânicos e fenómenos associados nesta ilha, e nas respetivas implicações em termos de planeamento de emergência e ordenamento do território. Para se compreender melhor o vulcanismo da ilha do Fogo, fez-se o enquadramento geotectónico do arquipélago e da ilha, foi analisada bibliografia especializada e cartografadas as principais formas e produtos vulcânicos relacionados com a atividade mais recente. Foram também analisados e calculados os parâmetros morfométricos dos cones de escórias, comparando-se os resultados obtidos com os determinados para outras regiões vulcânicas. Paralelamente, fez-se a pesquisa, revisão e análise de todos os relatos encontrados sobre erupções vulcânicas e sismos históricos ocorridos na ilha do Fogo. Constatou-se que desde o ano de 1500 ocorreram cerca de 31 erupções vulcânicas localizadas no interior da caldeira do Vulcão do Fogo e no Pico do Fogo, cujos estilos eruptivos foram essencialmente havaiano e estromboliano e que tiveram significativos impactes económicos, sociais, ambientais e culturais. Com base na caracterização da história eruptiva desde 1500 identificaram-se os diversos perigos vulcânicos diretos e indiretos. Os primeiros correspondem às escoadas lávicas e piroclastos de queda de natureza basáltica, e gases vulcânicos. Os segundos são, sobretudo, os sismos que antecederam os vários episódios eruptivos. Para se efetuar a análise da suscetibilidade ao desenvolvimento de escoadas lávicas, realizaram-se vários ensaios utilizando o modelo de simulação “Grapel 4”, incluído na ferramenta de SIG designada por VORIS, para se determinarem os valores mais adequados para os parâmetros da modelação. Concluiu-se que o modelo numérico de elevação de terreno com células de 50 metros era o mais indicado. As áreas fonte consideradas são as diretamente relacionadas com a distribuição dos centros emissores pré-existentes e com as estruturas tectónicas. Foram assim produzidas duas cartas de suscetibilidade a escoadas lávicas, uma ao nível da ilha e outra considerando apenas as áreas fonte situadas no interior da caldeira. Ambas foram posteriormente utilizadas nos estudos de vulnerabilidades. [...]
- Contribution to real-time long-range erupting volcanoes monitoring based on infrasoundPublication . Matos, Sandro Branquinho de; Wallenstein, Nicolau Maria Berquó de Aguiar; Ripepe, Maurizio; Campus, PaolaDe acordo com a base de dados do Global Volcanism Program (GVP) da Smithsonian InsAtuAon, existem atualmente 1 281 vulcões potencialmente aAvos e dezenas de milhares de vulcões dormentes no Planeta Terra. É importante destacar que apenas uma pequena parte dos vulcões aAvos e potencialmente aAvos do planeta é monitorizada em tempo real, e apenas uma minoria dispõe de redes mulAparamétricas instaladas. Para os vulcões situados em regiões remotas que carecem de sistemas locais de monitorização, as técnicas de deteção remota são os únicos recursos viáveis para a vigilância vulcânica. Diferentes esAlos de aAvidade erupAva representam disAntos Apos de perigos vulcânicos, com impacto numa escala local (na ordem de alguns quilómetros), até a uma escala regional ou global (superior a vários milhares de quilómetros). Do ponto de vista da miAgação de riscos, estudos recentes demonstraram que o uso da tecnologia com base em infrassons (uma técnica de deteção remota) pode contribuir significaAvamente para a deteção, localização e caracterização de erupções vulcânicas. As nuvens de cinzas geradas por grandes erupções explosivas podem ser transportadas pelos ventos a centenas ou milhares de quilómetros do vulcão emissor, atravessando fronteiras nacionais e internacionais, e representando uma ameaça séria para a aviação. Os Centros de Vigilância e Alerta que monitorizam nuvens de cinzas vulcânicas, (Volcanic Ash Advisory Centres-VAACs) fazem uso extensivo de imagens de satélite e interagem com observatórios vulcânicos em todo o mundo; no entanto, devido à semelhança entre nuvens vulcânicas e meteorológicas, e o possível atraso aos dados de satélite, é essencial encontrar uma alternaAva para se saber exatamente quando ocorre uma erupção com o potencial de injeção de cinzas na atmosfera. Com efeito, quando um vulcão entra em erupção, liberta energia sob a forma de ondas de pressão na atmosfera, geralmente em frequências muito baixas (< 20 Hz), abaixo do limiar audível para o ouvido humano. Erupções de grande escala podem gerar ondas de pressão atmosférica que se propagam à volta da Terra, sendo os infrassons uma ferramenta valiosa para a monitorização da aAvidade vulcânica, tanto a pequenas como a longas distâncias. O objeAvo deste trabalho foi o de avaliar a eficácia da deteção remota de aAvidade vulcânica explosiva através da monitorização com base em infrassons. Foi elaborado um algoritmo de deteção automáAca e aplicado a erupções registadas na base de dados do GVP no período de 2011 a 2020, com Índice de Explosividade Vulcânica (VEI) ≥ 3. A análise baseou-se em dados recolhidos de 43 estações de infrassons da rede do Sistema Internacional de Monitorização (Interna
- Definição de metodologia de gestão do património geológico : aplicação ao arquipélago dos AçoresPublication . Lima, Eva Melo Cunha de Almeida; Nunes, João Carlos; Brilha, José Bernardo Rodrigues; Calado, Helena Maria Gregório PinaO arquipélago dos Açores, com um enquadramento geodinâmico singular e importante património geológico, tem nas suas paisagens vulcânicas o principal palco de desenvolvimento socioeconómico, quer do quotidiano dos seus habitantes, quer como local idílico e cada vez mais apetecível para turistas. Dada a sua condição geográfica, com territórios exíguos, ricos em recursos naturais, mas frágeis e vulneráveis a mudanças globais e antrópicas, torna-se, então, necessária a integração harmoniosa das políticas de conservação da natureza e de planeamento ambiental, contribuindo para uma gestão racional dos seus recursos. Este é um processo complexo, pois atende a caraterísticas naturais, abordadas de uma perspetiva científica, e a aspetos legais, culturais, económicos, educacionais e recreativos. O presente trabalho de doutoramento pretende dar resposta a uma lacuna existente no domínio da geoconservação, ao nível do estabelecimento de princípios e diretrizes para a gestão do património geológico, tendo em conta a diversidade dos geossítios e a variedade de ameaças que enfrenta. Estando estabelecidas as primeiras etapas de geoconservação, nomeadamente a inventariação, caracterização e avaliação dos geossítios, estão criadas as bases para a sua gestão. Urge passar-se à ação que, para ser eficaz, deve envolver diversos intervenientes no território. Assim, estabelece-se uma estratégia de monitorização dos geossítios, como forma de averiguar a sua qualidade, uso e evolução; e a análise funcional ambiental como ferramenta de apoio à decisão para a sua gestão. Esta é a base proposta para a gestão do património geológico dos Açores, que deve ser aplicada diferenciadamente a várias escalas. Com a implementação do Geoparque Açores, Geoparque Mundial da UNESCO, e com a crescente demanda turística no arquipélago, importa agir proativamente, para manter a qualidade dos geossítios do arquipélago, afinal parte do nosso património natural científico, popular e cultural. Traçam-se algumas medidas para o futuro, mas que necessitam da sua aplicação hoje!
- Estudo da desgaseificação difusa de ²²²Rn: implicações em termos de monitorização sismovulcânica, recursos geotérmicos e saúde públicaPublication . Silva, Catarina Paula Pacheco da; Ferreira, Teresa de Jesus Lopes; Allard, Patrick[…]. O Vulcão das Furnas, área de estudo do presente trabalho, corresponde a um centro traquítico poligenético. Este vulcão é encimado por uma depressão, resultante de duas fases distintas de formação de caldeira, no interior da qual ocorreram pelo menos 10 erupções vulcânicas nos últimos 5000 anos. Actualmente o Vulcão das Furnas apresenta diversas manifestações secundárias de vulcanismo, nomeadamente a presença de campos fumarólicos, de nascentes de água termal e gasocarbónica e de zonas de desgaseificação difusa através dos solos. O estudo da desgaseificação difusa do radão centrou-se na análise da sua variação espacial e temporal no solo e em nascentes termais e frias gasocarbónicas. A realização da cartografia de desgaseificação difusa no solo contemplou medições da concentração do radão, de dióxido de carbono (CO2) e da temperatura. […].
- Estudo de movimentos de vertente no concelho da Povoação (ilha de São Miguel, Açores): inventariação, caracterização e análise da susceptibilidadePublication . Marques, Rui Tiago Fernandes; Gaspar, João L. (Luís Roque Baptista); Zêzere, José Luís (Gonçalves Moreira da Silva)Fruto da localização geográfica e do enquadramento geodinâmico, os Açores têm sido marcados pela acção de diversos perigos naturais, de entre os quais se destacam, pela sua elevada frequência, os fenómenos de instabilidade geomorfológica. Na verdade, são vários os documentos históricos que relatam a ocorrência de eventos desta natureza, responsáveis pela perda de vidas humanas e significativos estragos materiais. Com o objectivo de se compilar e sistematizar a informação histórica sobre a ocorrência de perigos naturais nos Açores e, em particular, a associada à ocorrência de eventos de instabilidade geomorfológica, no presente trabalho definiu-se um modelo de dados, cuja concepção esteve na origem do desenvolvimento e da implementação de uma base de dados, designada por NATHA (Natural Hazards in Azores). Neste contexto, fez-se a recolha e catalogação documental dos eventos de instabilidade geomorfológica registados na ilha de São Miguel, o que permitiu determinar a sua incidência espacial e temporal, perceber o seu impacte e identificar os respectivos factores desencadeantes. […].
- Estudo hidrogeoquímico e vulcanológico de lagos no arquipélago dos Açores : aplicações para a mitigação de riscos naturaisPublication . Antunes, Paulo Custódio Pires; Cruz, José Virgílio de Matos Figueira; Gaspar, João Luís Roque BaptistaThe hydrogeochemical monitoring of volcanic lakes is a recent area of study when compared with other techniques which are more commonly applied to mitigation of hazards associated to active volcanoes. The research on these surface water bodies for monitoring in volcanology results from the behavior of lakes as condensers of volcanic fluids. Sometimes volcanic lakes even accumulate extremely acidified fluids due to condensation of these fluids. The largest Azorean lakes are emplaced inside volcanoes and some of these structures are active. The hydrogeochemical characterization of these lake waters and the study of the interaction with volcanic fluids can give a better understanding of systems. Therefore, the main objective of the present work is the characterization of volcanic lakes in the Azores and to forecast the possibility to use these aquatic systems for volcanic surveillance. The lake locations in the vicinity of populated areas emphasize the need for a better knowledge of the systems. The recent history on the Azores, reported some volcanic eruptions that have taken place within volcanic lakes or near and these eruptive events are responsible by changes on the lakes. In order to fulfill the main objective of this thesis several lakes were selected in São Miguel, Terceira, Graciosa, Pico, Flores and Corvo islands. At these lakes, corresponding to diverse volcanological settings, sampling was periodically made along the water column. The water analyses were carried out at the Hydrogeochemistry laboratory of the Geosciences Department of the Azores University. Water samples from several lakes were also sent to Activation Laboratories (Canada) to determine the major, minor and trace elements content. The isotopes 2H, 18O, 13C and 34S was made in the Stable Isotope Laboratory of the Mineralogy and Geochemistry Institute (University of Lausanne, Switzerland). All data collected was organized in digital form to make a database that is entitle DataLake. Specific hydrogeochemical software was used in order to proceed to data interpretation. Simulations with the model DYSREM_CAEDYM were conducted to study the behavior of same lakes as a response to an input of a inorganic CO2-water rich source. The results of these simulations have contributed to understand the possibility of significant increases of CO2 concentration in lake waters due to volcanic fluids contamination. Therefore, the model suggests that the contribution from organic free CO2, due to an organic matter degradation source, is not able to explain the total concentration of CO2 in some of the studied lakes. The exceeding CO2 can be due to interaction with volcanic fluids. The data also suggests that water chemistry on the studied lakes is influenced by salt contamination due to atmospheric transportation. However, same lakes appear to have the influence of other chemical modifying processes, such as the water-rock interaction or even the interaction with fluids of volcanic origin. From all the studied lakes, Furna do Enxofre (Graciosa island) shows higher concentrations in the analyzed species resulting from the volcanic contamination.
- Estudos de neotectónica na ilha de São Miguel: uma contribuição para o estudo do risco sísmico no arquipélago dos AçoresPublication . Carmo, Rita (Lúcio); Madeira, José (Eduardo de Oliveira); Ferreira, Teresa de Jesus Lopes[…]. O controlo tectónico sobre o vulcanismo está bem evidenciado pelo sistema regional no caso das zonas de vulcanismo fissural, enquanto que ao nível dos vulcões poligenéticos, a este sistema se adicionam outras direcções tectónicas, quer resultantes de campos de tensões relacionados com processos vulcânicos, quer associadas a estruturas mais antigas (i.e. E-W). A recolha da informação neotectónica disponível permitiu estimar taxas de deslizamento, deslocamentos por evento e comprimentos de rotura para algumas estruturas tectónicas, parâmetros fundamentais para avaliar a magnitude do sismo máximo expectável e o grau de actividade das falhas, usando as correlações empíricas de Wells e Comppermith (1994) e a classificação de Matsuda (1975 in Slemmons, 1977), respectivamente. As taxas de deslizamento variam entre 0.003 e 3.37 mm/ano, mostrando que as falhas identificadas podem classificar-se desde acidentes com baixa actividade a muito activos. No que respeita ao potencial sismogénico, as falhas presentes na ilha de S. Miguel têm potencial para causar rotura superficial durante sismos puramente tectónicos e de magnitude elevada, e/ou durante a actividade sísmica associada a episódios de reactivação vulcânica, e com magnitude baixa a moderada. O comprimento e a área de rotura, considerando uma espessura da crosta sismogénica de 8 e 14 km, indicam magnitudes de momento variáveis entre 4.9 e 6.6, enquanto que o deslocamento por evento sugere magnitudes mais elevadas (Mw 5.7-6.9). […].