DGEO - Teses de Doutoramento / Doctoral Thesis
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- Geochemistry of mineral waters in Furnas Volcano (São Miguel, Azores): source and fluxes of metal ions and 87Sr/86Sr ratiosPublication . Ferreira, Letícia Resende; Cruz, José Virgílio de Matos Figueira; Viveiros, Maria de Fátima Batista; Durães, Nuno Miguel dos SantosO Arquipélago dos Açores encontra-se situado no Atlântico Norte, na proximidade da junção tripla das placas litosféricas Euroasiática, Núbia e Norte Americana, originando um contexto geológico, hidrológico e hidrogeoquímico único. A configuração geológica complexa da região é evidenciada por uma atividade sísmica e vulcânica significativa, acompanhada por diversas manifestações secundárias de vulcanismo, observadas em várias ilhas, tais como campos fumarólicos, nascentes de águas termais e/ou ricas em CO₂, bem como desgaseificação difusa a partir de solos e de massas de água de superfície. O arquipélago é abundante em recursos de água mineral, com nascentes deste tipo distribuídas por sete das nove ilhas dos Açores (São Miguel, Terceira, São Jorge, Pico, Faial, Graciosa e Flores), sendo a maioria localizada em São Miguel, particularmente nas áreas dominadas pelos vulcões das Furnas e do Fogo. A caracterização das variações composicionais das descargas de águas minerais do arquipélago, especialmente na ilha de São Miguel, tem sido relevante para vários programas de monitorização. Este estudo centrou-se nas descargas de águas minerais de dois dos três vulcões traquíticos ativos de São Miguel (vulcões das Furnas e do Fogo), com especial ênfase no Vulcão das Furnas. No Vulcão das Furnas foram conduzidas sete campanhas ao longo de um ano, envolvendo a recolha de amostras em trinta e nove pontos de água, enquanto no Vulcão do Fogo foram realizadas duas campanhas de amostragem em dez pontos de água mineral, uma no inverno e outra no verão. O estudo integra a investigação das assinaturas hidrogeoquímicas, compreendendo elementos principais, menores e em traço, incluindo as terras raras, e a determinação da razão isotópica de estrôncio. Dada a importância da água da chuva como principal fonte de recarga dos aquíferos em estudo, foi realizada uma campanha para avaliar a sua composição química. A composição das águas da chuva apresenta padrões semelhantes aos da água do mar, sugerindo que os aerossóis marinhos podem constituir a principal fonte. No entanto, a presença de outros componentes, resultantes das emissões vulcânicas e poeiras minerais, destaca a complexidade do sistema e a necessidade de investigação adicional. A proximidade de um campo fumarólico revelou ter um impacto significativo na química da água da chuva. Apesar de alguns estudos anteriores baseados na composição química das águas no Vulcão das Furnas, a integração de dados relativos aos elementos menores e em traço e às razões isotópicas de Sr ainda era muito limitada. Neste contexto, a integração de dados hidrogeoquímicos permitiu revelar uma maior complexidade do sistema. As águas refletem a influência da interação com as rochas encaixantes e com gases vulcânicos. A contribuição vulcânica é evidenciada pela variação de temperatura, com águas com temperaturas entre os 90ºC e 100ºC, ou pela presença de teores elevados de CO₂ dissolvido em algumas nascentes de água mineral. A aplicação de um conjunto abrangente de ferramentas hidroquímicas possibilitou a identificação de múltiplas influências vulcânicas. A composição de algumas águas de alta temperatura tem origem no aquecimento por vapor, resultante da interação entre um gás ácido e os aquíferos mais superficiais. A composição de outras águas minerais resulta da contribuição de um reservatório mais profundo, em que águas subterrâneas mais superficiais se misturam com fluidos cloretados neutros provenientes de profundidade. As águas minerais do Vulcão do Fogo apresentam influência da dissolução mineral e da desgaseificação vulcânica. Ambos os contributos são visíveis no conteúdo dos principais iões em solução, com os catiões a evidenciarem a dissolução da rocha, enquanto a influência vulcânica é demonstrada pela presença de elevadas concentrações de SO₄2-, associadas a valores de pH muito reduzidos em águas termais, e pela elevada concentração de CO₂ dissolvido em algumas águas frias. Os principais constituintes apresentam estabilidade ao longo do tempo, sem variações sazonais significativas. No entanto, a sazonalidade é observada nos padrões dos elementos de terras raras e nas razões ⁸⁷Sr/⁸⁶Sr de algumas amostras, estando relacionada com diferentes proporções de alteração da rocha, causada pela dissolução incongruente de alguns minerais. Para além disso, a integração dos dados hidrogeoquímicos com a informação geológica de profundidade da área do Vulcão do Fogo permitiu a identificação de múltiplos sistemas aquíferos nesta região. Os padrões de desgaseificação difusa de CO₂ no solo das Furnas, monitorizados através de estações permanentes, foram também analisados. Estes padrões demonstram a influência de variáveis meteorológicas e parecem ainda sugerir uma possível correlação entre o processo de desgaseificação e as variações no nível do aquífero. Os dados revelaram também algumas alterações em comparação com estudos anteriores, indicando que os modelos de regressão aplicados para a monitorização sismovulcânica necessitam de atualização regular. Os resultados do presente estudo representam um avanço significativo na compreensão dos sistemas hidrotermais em análise. Reforçam a necessidade da aplicação de um conjunto diversificado de técnicas hidrogeoquímicas para esclarecer as reações complexas que ocorrem nos aquíferos. Estes resultados poderão ainda servir como valores de referência para análises futuras, especialmente no âmbito da monitorização sismovulcânica nos Açores, considerando que alterações nas concentrações e padrões hidroquímicos podem refletir mudanças ocorridas em profundidade, particularmente nos sistemas vulcânicos estudados.
- Plate Boundary and Volcano Deformation in the Azores Analyzed by Satellite-based Geodetic TechniquesPublication . Araújo, João Pedro Martins Teixeira de; Sigmundsson, Freysteinn; Ferreira, Teresa de Jesus LopesA deformação crustal nos Açores, na junção tripla entre as placas Eurasiática, Africana e Norte Americana, foi mapeada através das técnicas de medição geodésicas espaciais GNSS (GlobalNavigationSatelliteSystem) e InSAR (Interferometric Synthetic ApertureRadar) para melhorar as estimativas de movimento tectónico e a compreensão de crises vulcânicas na região. As posições de mais de 100 estações GNSS, abrangendo um período de mais de 20 anos (2000-2022), foram calculadas e analisadas. Das 100 estações, cerca de 20 foram operadas continuamente em várias ilhas dos Açores e 80 foram operadas episodicamente em São Miguel. Foram também analisados dados InSAR de São Miguel (2018-2019) e São Jorge (2022). Os resultados das estações GNSS contínuas localizadas nas várias ilhas mostram que a fronteira entre as placas Eurasiática e Africana nos Açores se comporta como um centro de expansão oblíquo, ultra-lento e difuso, com deformação focalizada encontrada no Grupo Central e em São Miguel. O campo de velocidade obtido a partir dos dados das estações GNSS contínuas(2000-2016) foi modelado, aproximando-se segmentos da fronteira entre as placas Eurasiática e Africana nos Açores a deslocamentos rectangulares verticais embutidos em profundidade com movimento de desligamento direito e abertura. Os deslocamentos rectangulares verticais modelados que refletem deformação à superfície com melhor ajuste às observações refletem um movimento que corresponde aproximadamente a metade do movimento relativo entre as placas Eurasiática e Africana previsto por modelos de tectónica de placas. O campo de velocidade obtido a partir de dados GNSS das estações de São Miguel (2004-2016) mostra com maior detalhe o movimento de expansão centrado na ilha. O campo de velocidade mostra também deformação vulcânica transiente na zona central da ilha, com períodos de inflação em 2004-2006, 2011-2013, e um período de deflação em 2013-2016. O campo de velocidade da zona central de São Miguel obtido a partir dos dados GNSS foi modelado usando fontes de pressão embutidas num semi-espaço elástico uniforme. As fontes de pressão modeladas que refletem deformação à superfície com melhor ajuste às observações estão localizadas perto da borda leste e nordeste da caldeira do Fogo, e a leste dela, a profundidades na ordem de 3.2-3.7km. A análise combinada de dados GNSS e InSAR mostra uma nova inflação no vulcão do Fogo em 2018-2019. A análise combinada de dados GNSS e InSAR mostra que em São Jorge em 2022, após 60 anos de repouso, magma atingiu quase a superfície poucas horas após o início da sismicidade e sem sinais precursores. Os resultados da análise de dados geodésicos de São Jorge mostram que uma intrusão através de um dique ocorreu por baixo da ilha, com deformação transiente registada por um período de duas semanas e sismicidade alta registada durante vários meses após o início da atividade. Os dados geodésicos de São Jorge foram modelados usando um dique vertical segmentado com múltiplos fragmentos rectangulares com movimento de abertura. O dique segmentado modelado que reflete deformação à superfície com melhor ajuste às observações indica abertura máxima de mais de um metro em duas áreas diferentes, a4-6km e 7-9 km profundidade.
- Gaseous emanations from Azores volcanic lakes : geochemical characterizationPublication . Andrade, César Cristóvão Costa; Cruz, José Virgílio de Matos Figueira; Viveiros, Maria de Fátima Batista[…]. Com o objetivo de proceder a uma caracterização e quantificação da desgaseificação difusa através dos lagos vulcânicos existentes no arquipélago dos Açores, foi realizado um estudo em 45 destas massas de água, dispersas por seis ilhas. No decurso dos trabalhos de campo foram efetuadas amostragens de água através de perfis verticais, a várias profundidades, assim como medições do fluxo de dióxido de carbono libertado à superfície destes lagos. Sempre que possível, e por forma a compreender o efeito da sazonalidade sobre os resultados obtidos, realizaram-se pelo menos duas campanhas de amostragem, uma no período de inverno e outra no período de verão. A caracterização hidrogeoquímica permitiu constatar que alguns lagos apresentam um comportamento monomítico, com estratificação da coluna de água no período mais quente do ano, implicando a ocorrência de concentrações de dióxido de carbono mais elevadas no hipolimnion e sendo a neutralização da acidez da água promovida pela interação água-rocha, o que acarreta um enriquecimento também em bicarbonato. Já durante o inverno este processo não é observável, o que permite, assim, que ocorra uma mistura da água ao longo de toda a coluna de água, não ficando, desta forma, o CO₂ retido em profundidade. Nestas condições, registam-se concentrações de CO₂ dissolvido na água significativamente mais reduzidas em profundidade. A eutrofização, processo que afeta muitos lagos no arquipélago dos Açores, também contribui para o incremento das emissões de CO₂ de origem biogénica. Em particular, a presença de áreas cobertas por massas densas de algas e macrófitas em alguns lagos também é responsável pelo incremento nas concentrações de alguns parâmetros físico-químicos, em especial de dióxido de carbono. Para além da contribuição do CO₂ livre a partir da degradação da matéria orgânica acumulada nos lagos, foi ainda identificada, em alguns casos, uma componente claramente associada à contaminação da água por fluidos de origem magmática, nomeadamente na lagoa das Furnas e de Santiago (São Miguel) e na Lagoa da Furna do Enxofre (Graciosa). […].
- 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!
- 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. [...]
- 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. [...].
- Pyroclastic density current-forming eruptions on Faial and Terceira islands, AzoresPublication . Pimentel, Adriano Henrique Gonçalves; Pacheco, José Manuel Rodrigues; Self, StephenThe main goal of this thesis is to improve the overall understanding of explosive volcanic eruptions, in particular of those that occur in the Azores and produce PDCs. To achieve this goal, two contrasting types of PDC-forming episodes from central volcanoes of the islands of Terceira and Faial were studied in detail. These studies allow a comprehensive understanding of the wide range of eruptive styles that produce PDCs and how the dynamics of these currents varies through time and space.
- História eruptiva do sistema vulcânico fissural dos picos e avaliação da susceptibilidade a escoadas lávicas (ilha de S. Miguel - Açores)Publication . Gomes, Ana Isabel Mendes Morais; Gaspar, João Luís Roque Baptista; Ferreira, Teresa de Jesus LopesAs erupções vulcânicas, não sendo, regra geral, dos perigos geológicos que ocorrem com maior frequência provocam, normalmente, significativos impactes sociais, económicos, culturais e ambientais em função do local onde ocorrem, do tipo de evento e sua magnitude. O arquipélago dos Açores, localizado no Oceano Atlântico Norte, foi palco de várias erupções históricas, de natureza e magnitudes variadas. A ilha de São Miguel, a maior tanto em área (aproximadamente com 746 km2) como em número de habitantes (137.699 pessoas, cerca de 57% da população do arquipélago), possui cinco sistemas vulcânicos activos, sendo três materializados por vulcões centrais com caldeira (Vulcão das Sete Cidades, Vulcão do Fogo e Vulcão das Furnas) e dois pautados por cones de escórias e escoadas lávicas (Sistema Vulcânico Fissural dos Picos e Sistema Vulcânico da Achada das Furnas). Desde o seu povoamento, em meados do séc. XV, ocorreram seis erupções nesta ilha, tendo cinco delas sido marcadamente explosivas e uma de carácter predominantemente efusivo. As escoadas lávicas basálticas, produto vulcânico comum das erupções do tipo havaiano e estromboliano, têm, normalmente, impacte mais reduzido, em termos de área, que o provocado por produtos piroclásticos de queda e de fluxo. Não obstante, existem alguns exemplos onde a dispersão e/ou velocidade de desenvolvimento das escoadas lávicas tiveram efeitos consideráveis, de entre os quais se salientam as erupções de Laki (Islândia), em 1783-84, e do Vulcão Nyiragongo (República Democrática do Congo), em 1977. No caso concreto de São Miguel, o Sistema Vulcânico Fissural dos Picos (SVFP) corresponde ao mais jovem e activo sistema basáltico da ilha, nele se tendo localizado as erupções históricas de 1563 e 1652. Durante a erupção de 1563, no Pico do Sapateiro ou Queimado, foram geradas escoadas lávicas basálticas (s.l.), cujo desenvolvimento atingiu a localidade da Ribeira Seca, na costa N da ilha, enquanto a mais recente, marcadamente explosiva, teve a particularidade de envolver um magma mais evoluído, invulgar no magmatismo que caracteriza o SVFP. O presente trabalho versa sobre o estudo do SVFP, o qual possui como limite a W o Vulcão das Sete Cidades e a E o Vulcão do Fogo. Este sistema é caracterizado por apresentar declives suaves a partir de uma zona central definida por dois eixos principais, paralelos, de centros eruptivos monogenéticos basálticos (s.l.), de direcção geral NW-SE, e a partir dos quais se desenvolvem escoadas lávicas para N e para S. [...].
- 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. [...].
- 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). […].