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Avaliação do Controlo Estrutural na Desgaseificação Difusa nas Plataformas Lávicas do Vulcão das Sete Cidades (São Miguel, Açores)
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Authors
Abstract(s)
No arquipélago dos Açores existem vários locais onde é notória a presença de fenómenos de desgaseificação, bem representados por campos fumarólicos, nascentes termais e de água fria gasocarbónica. A desgaseificação associada a sistemas vulcânicos ativos pode também compreender áreas mais amplas, surgindo de modo difuso e impercetível nas designadas áreas de desgaseificação difusa. Os gases frequentemente associados a estas emanações são o dióxido de carbono (CO2) e o radão (222Rn).
A desgaseificação difusa ocorre principalmente em zonas de falhas ou fraturas, pelo que estruturas tectónicas como grabens ou outras estruturas geológicas distensivas estão geralmente associadas a este tipo de fenómeno, uma vez que facilitam o transporte do gás desde profundidade até à superfície. A libertação destes gases através da superfície pode, por vezes, ser acompanhada de anomalias térmicas que se desenvolvem como resposta à circulação de fluidos.
Os fenómenos de desgaseificação que caracterizam o Vulcão das Sete Cidades (ilha de São Miguel) encontram-se sob a forma de desgaseificação difusa subaérea e submarina e de nascentes termais. A água da nascente termal da Ferraria emerge ao nível do mar, na zona sul do delta lávico, com uma temperatura da ordem dos 60ºC e apresenta uma composição cloretada sódica. Outras nascentes localizam-se junto à costa, na fajã lávica dos Mosteiros, cujas características químicas se aproximam às das observadas na Ferraria, mas de temperatura inferior, variando entre os 30 e os 43ºC.
No que diz respeito aos valores de emissão de fluxo de CO2 no solo, medições prévias efetuadas na plataforma lávica da Ferraria sugeriram a presença de CO2 com origem vulcânica-hidrotermal, tendo sido medidos valores máximos de 355 g m-2 d-1. Na plataforma dos Mosteiros foram efetuadas medições de concentração de CO2 no solo, que variaram entre 0 e 22 %vol., sugerindo também uma origem profunda para o gás libertado.
O Vulcão das Sete Cidades está afetado por um sistema de fraturas dominante com direção geral NW-SE, claramente relacionado com o regime tectónico regional. No flanco NW do vulcão, as estruturas tectónicas apresentam expressão geomorfológica por escarpa de falha, estendendo-se desde a zona costeira até ao bordo da caldeira, definindo o designado Graben dos Mosteiros. O prolongamento para NW, na zona da fajã lávica dos Mosteiros, é incerto. No que diz respeito à plataforma lávica da Ferraria, as falhas expostas nas arribas apresentam direções ENE-WSW a E-W, compatíveis com a orientação dos alinhamentos vulcânicos presentes naquela área, que podem materializar a presença de fraturas radiais ao vulcão, ou corresponder ao testemunho de falhas oceânicas profundas.
Entre 2022 e 2023 foram realizadas 939 medições de fluxo de CO2, pelo método da câmara de acumulação, nas plataformas lávicas do Vulcão das Sete Cidades, das quais 585 medições dizem respeito à Ferraria e 354 aos Mosteiros. O fluxo de CO2 varia entre 0 e 932 g m-2 d-1 para a fajã lávica da Ferraria e de 0,6 a 145 g m-2 d-1 para o caso dos Mosteiros. Estas gamas de variação sugerem a presença de diferentes origens (biogénica e/ou vulcano-hidrotermal) para o CO2 emitido em ambas as áreas de estudo. A distinção entre as duas origens de CO2 é determinada através da aplicação de uma abordagem gráfica estatística (GSA), sugerindo um valor limite biogénico aproximado de cerca de 21 e 35 g m-2 d-1, respetivamente, para a área de estudo da Ferraria e dos Mosteiros.
A cartografia da emissão difusa de CO2 para a plataforma lávica da Ferraria foi efetuada através da simulação sequencial Gaussiana (sGs). Os mapas de fluxo de CO2 permitem reconhecer quatro estruturas de desgaseificação difusa (DDS) nas proximidades da nascente termal, da pseudocratera, das estruturas tectónicas aflorantes no talude localizado a norte da plataforma lávica e na estrada que dá acesso às termas da Ferraria. Quanto aos Mosteiros, foram definidos perfis associados às principais estruturas tectónicas, identificando-se apenas uma área de desgaseificação anómala, no talude junto ao porto. Em ambas as áreas de estudo, as estruturas de desgaseificação difusa identificadas parecem ser controladas por estruturas tectónicas, essencialmente com características distensivas. De facto, as estruturas tectónicas identificadas na plataforma da Ferraria evidenciam direções ENE-WSW a E-W (253-273º), a inclinar para N e S (≈ de 40 a 90º), e aparentam ser normais, sendo as suas movimentações deduzidas pelo deslocamento de marcadores estratigráficos. No que diz respeito às estruturas presentes nos Mosteiros (Falha da Lombinha e Falha da Lomba dos Homens), estas revelam direções NW-SE (316-323º), inclinando para NE e SW (≈ 65º), também evidenciando componente normal. As campanhas de fluxo de CO2 também contemplaram medições de temperatura do solo. Nestas medições, observa-se que a temperatura do solo varia entre 19,4 e 40,2ºC na plataforma da Ferraria e entre 14,7 e 30,9ºC para os Mosteiros. A análise dos dados de temperatura do solo não permitiu identificar de forma clara a presença de anomalias térmicas em nenhuma das áreas de estudo, pois os valores mais elevados registados na Ferraria parecem resultar da influência da forte insolação sobre a escoada lávica basáltica exposta.
A emissão total de CO2 dos solos das plataformas lávicas do Vulcão das Sete Cidades foi estimada, através do método GSA, em cerca de 2,10 t d-1 (área ≈ 0,16 km2), das quais 0,91 e 1,19 t d-1 dizem respeito às fajãs da Ferraria e dos Mosteiros, respetivamente. No que diz respeito à contribuição hidrotermal, esta encontra-se estimada em cerca de 0,3 t d-1 (0,1 t d-1 para a Ferraria e 0,2 t d-1 para os Mosteiros), equivalendo a cerca de 2,5% (0,004 km2) da área amostrada.
ABSTRACT: Azores’s archipelago is characterized by the presence of several places with degassing phenomena, such as fumarolic fields, thermal springs and cold CO2-rich springs. Degassing associated with active volcanic systems can also cover wider areas, appearing in a diffuse and unnoticeable way, through the so-called diffuse degassing areas. The gases often associated with these emanations are carbon dioxide (CO2) and radon (222Rn). Diffuse degassing occurs mainly in fault or fracture zones, so tectonic structures, such as grabens or other distensive geological structures are generally associated with this type of phenomenon, as they facilitate the transport of the gas from depth to the surface. Thermal anomalies, which develop due to the circulation of fluids, can sometimes occur also in these areas. The degassing phenomena that characterize the Sete Cidades Volcano (São Miguel Island) occur as thermal springs, subaerial and submarine diffuse degassing. The water from the Ferraria’s thermal spring emerges at sea level, in the southern part of the lava delta, with a temperature around 60ºC and a sodium chloride composition. Other springs are also located near the coast, in the Mosteiros’s lava platform, whose chemical characteristics are similar to those observed in Ferraria, but with lower temperatures, varying between 30 and 43ºC. In what concerns the soil CO2 fluxes, previous surveys carried out on Ferraria’s lava platform suggested the presence of volcanic-hydrothermal CO2. Maximum soil CO2 fluxes were 355 g m-2 d-1. On Mosteiros’s platform, soil CO2 concentrations ranged between 0 and 22 vol.%, suggesting also a deep-derived origin for the CO2. Sete Cidades Volcano is affected by a dominant fracture system with a general NW-SE direction, clearly related to the regional tectonic regime. On the NW flank of the volcano, the tectonic structures are expressed geomorphologically as a fault scarp, extending from the coastal area to the edge of the caldera, defining the so-called Mosteiros Graben. The extension to the NW, in the Mosteiros’s lava platform, is uncertain. About the Ferraria’s lava platform, the faults exposed in the cliffs show ENE-WSW to E-W directions, compatible with the orientation of the volcanic alignments present in that area, which may materialize the presence of fractures radial to the volcano, or correspond to the testimony of deep oceanic faults. Between 2022 and 2023, 939 soil CO2 flux measurements were carried out using the accumulation chamber method on the Sete Cidades lava platforms, of which 585 measurements were done at Ferraria, and 354 at Mosteiros. The soil CO2 flux varies between 0 and 932 g m-2 d-1 for Ferraria’s lava platform and from 0,6 to 145 g m-2 d-1 for Mosteiros. These ranges of variation suggest the presence of different origins (biogenic and/or volcanic-hydrothermal) for the CO2 emitted in both study areas. A graphical statistical approach (GSA) infers the existence of different CO2 origins, with approximate biogenic limit values of around 21 and 35 g m-2 d-1, respectively, for the Ferraria and Mosteiros study areas. The diffuse CO2 map for Ferraria’s lava platform was carried out using the sequential Gaussian simulation (sGs). Four diffuse degassing structures (DDS) were identified, namely in the vicinities of the thermal spring, the pseudocrater, the tectonic structures outcropping on the slope located to the north of the lava platform, and the access road to the Ferraria platform. As for Mosteiros, profiles associated with the main tectonic structures were defined, and only one area of anomalous degassing was identified, on the slope near the harbor. In both study areas, the diffuse degassing structures identified appear to be controlled by tectonic structures, essentially with distensional characteristics. The tectonic structures identified on Ferraria’s platform show ENE-WSW to E-W directions (253-273º), inclining to the N and S (≈ 40 to 90º), and appear to be normal. Their movements are deduced by the displacement of stratigraphic markers. In what concerns the Mosteiros’ structures (Lombinha Fault and Lomba dos Homens Fault), they show NW-SE directions (316-323º), inclining to NE and SW (≈ 65º), also with a normal component. The soil CO2 flux campaigns also included soil temperature measurements, which varied between 19.4 and 40.2ºC on the Ferraria’s platform, and between 14.7 and 30.9ºC in Mosteiros. A clear presence of thermal anomalies was not identified in any of the study areas. The higher values recorded in Ferraria seem to be the result of the influence of strong insolation on the exposed basaltic lava flows. The total soil CO2 emission from the Sete Cidades Volcano's lava platforms was estimated, using the GSA method, as around 2.10 t d-1 (area ≈ 0.16 km2), of which 0.91 and 1.19 t d-1, respectively, relate to the Ferraria and Mosteiros platforms. The hydrothermal contribution is estimated at around 0.3 t d-1 (0.1 t d-1 for Ferraria and 0.2 t d-1 for Mosteiros), equivalent to around 2.5% (0.004 km2) of the sampled area.
ABSTRACT: Azores’s archipelago is characterized by the presence of several places with degassing phenomena, such as fumarolic fields, thermal springs and cold CO2-rich springs. Degassing associated with active volcanic systems can also cover wider areas, appearing in a diffuse and unnoticeable way, through the so-called diffuse degassing areas. The gases often associated with these emanations are carbon dioxide (CO2) and radon (222Rn). Diffuse degassing occurs mainly in fault or fracture zones, so tectonic structures, such as grabens or other distensive geological structures are generally associated with this type of phenomenon, as they facilitate the transport of the gas from depth to the surface. Thermal anomalies, which develop due to the circulation of fluids, can sometimes occur also in these areas. The degassing phenomena that characterize the Sete Cidades Volcano (São Miguel Island) occur as thermal springs, subaerial and submarine diffuse degassing. The water from the Ferraria’s thermal spring emerges at sea level, in the southern part of the lava delta, with a temperature around 60ºC and a sodium chloride composition. Other springs are also located near the coast, in the Mosteiros’s lava platform, whose chemical characteristics are similar to those observed in Ferraria, but with lower temperatures, varying between 30 and 43ºC. In what concerns the soil CO2 fluxes, previous surveys carried out on Ferraria’s lava platform suggested the presence of volcanic-hydrothermal CO2. Maximum soil CO2 fluxes were 355 g m-2 d-1. On Mosteiros’s platform, soil CO2 concentrations ranged between 0 and 22 vol.%, suggesting also a deep-derived origin for the CO2. Sete Cidades Volcano is affected by a dominant fracture system with a general NW-SE direction, clearly related to the regional tectonic regime. On the NW flank of the volcano, the tectonic structures are expressed geomorphologically as a fault scarp, extending from the coastal area to the edge of the caldera, defining the so-called Mosteiros Graben. The extension to the NW, in the Mosteiros’s lava platform, is uncertain. About the Ferraria’s lava platform, the faults exposed in the cliffs show ENE-WSW to E-W directions, compatible with the orientation of the volcanic alignments present in that area, which may materialize the presence of fractures radial to the volcano, or correspond to the testimony of deep oceanic faults. Between 2022 and 2023, 939 soil CO2 flux measurements were carried out using the accumulation chamber method on the Sete Cidades lava platforms, of which 585 measurements were done at Ferraria, and 354 at Mosteiros. The soil CO2 flux varies between 0 and 932 g m-2 d-1 for Ferraria’s lava platform and from 0,6 to 145 g m-2 d-1 for Mosteiros. These ranges of variation suggest the presence of different origins (biogenic and/or volcanic-hydrothermal) for the CO2 emitted in both study areas. A graphical statistical approach (GSA) infers the existence of different CO2 origins, with approximate biogenic limit values of around 21 and 35 g m-2 d-1, respectively, for the Ferraria and Mosteiros study areas. The diffuse CO2 map for Ferraria’s lava platform was carried out using the sequential Gaussian simulation (sGs). Four diffuse degassing structures (DDS) were identified, namely in the vicinities of the thermal spring, the pseudocrater, the tectonic structures outcropping on the slope located to the north of the lava platform, and the access road to the Ferraria platform. As for Mosteiros, profiles associated with the main tectonic structures were defined, and only one area of anomalous degassing was identified, on the slope near the harbor. In both study areas, the diffuse degassing structures identified appear to be controlled by tectonic structures, essentially with distensional characteristics. The tectonic structures identified on Ferraria’s platform show ENE-WSW to E-W directions (253-273º), inclining to the N and S (≈ 40 to 90º), and appear to be normal. Their movements are deduced by the displacement of stratigraphic markers. In what concerns the Mosteiros’ structures (Lombinha Fault and Lomba dos Homens Fault), they show NW-SE directions (316-323º), inclining to NE and SW (≈ 65º), also with a normal component. The soil CO2 flux campaigns also included soil temperature measurements, which varied between 19.4 and 40.2ºC on the Ferraria’s platform, and between 14.7 and 30.9ºC in Mosteiros. A clear presence of thermal anomalies was not identified in any of the study areas. The higher values recorded in Ferraria seem to be the result of the influence of strong insolation on the exposed basaltic lava flows. The total soil CO2 emission from the Sete Cidades Volcano's lava platforms was estimated, using the GSA method, as around 2.10 t d-1 (area ≈ 0.16 km2), of which 0.91 and 1.19 t d-1, respectively, relate to the Ferraria and Mosteiros platforms. The hydrothermal contribution is estimated at around 0.3 t d-1 (0.1 t d-1 for Ferraria and 0.2 t d-1 for Mosteiros), equivalent to around 2.5% (0.004 km2) of the sampled area.
Description
Dissertação de Mestrado, Vulcanologia e Riscos Geológicos, 29 de outubro de 2024, Universidade dos Açores.
Keywords
Desgaseificação difusa de CO2 Estruturas Tectónicas Vulcão das Sete Cidades
Citation
Ferreira, Luciana Patrícia. (2024). "Avaliação do Controlo Estrutural na Desgaseificação Difusa nas Plataformas Lávicas do Vulcão das Sete Cidades (São Miguel, Açores)". 161 p. (Dissertação de Mestrado em Vulcanologia e Riscos Geológicos). Ponta Delgada: Universidade dos Açores, 2024. Disponível em http://hdl.handle.net/10400.3/7220