Águas subterrâneas

A água circula na Natureza ora fazendo parte de diferentes reservatórios no meio abiótico, ora fazendo parte dos seres vivos. O contínuo e interminável movimento da água no nosso planeta constitui o ciclo hidrológico.

Reservatórios de água subterrânea - aquíferos

Um aquífero é uma formação geológica que permite a circulação e o armazenamento de água nos seus espaços vazios, possibilitando geralmente o aproveitamento desse líquido pelo ser humano de forma economicamente rentável e sem impactes ambientais negativos.

As águas superficiais começam a infiltrar-se no solo por acção da gravidade. Após a infiltração, a água que não fica retida no solo por capilaridade atinge a zona de saturação das formações geológicas subjacentes, onde se movimenta e pode ser armazenada, indo fazer parte das águas subterrâneas. As águas podem ser armazenadas em dois tipos de aquíferos: aquíferos livres e aquíferos confinados ou cativos.

Aquífero livre - formação geológica que permite o armazenamento e a circulação de água nos espaços vazios dos materiais que a constituem. Este tipo de aquífero encontra-se a uma pressão idêntica à pressão atmosférica devido à existência de uma superfície em que a água está em contacto directo com o ar. A zona que contribui para a realimentação do aquífero designa-se por zona de recarga, corresponde às camadas superficiais, e é através da qual que ocorre a infiltração da água. Os aquíferos livres podem ser superficiais ou subsuperficiais, o que facilita a sua exploração e recarga como também a sua contaminação. Durante o percurso descendente, a água atravessa diversas zonas com características específicas.

O nível máximo que a água atinge num local e num dado momento é designado por nível freático (nível hidrostático). A zona que se situa imediatamente abaixo da superfície topográfica e acima do nível freático designa-se por zona de aeração. Nesta zona, os espaços vazios entre as partículas estão parcialmente preenchidos por gases e por água. A água desta zona pode ser utilizada pelas raízes das plantas ou contribuir para o aumento das reservas de água subterrânea. A zona de saturação que apresenta na base uma camada impermeável, pode ser constituída por diferentes níveis ou camadas do solo ou formações rochosas, onde todos os espaços vazios ou fracturas estão totalmente preenchidos por água.

Aquífero confinado ou cativo - formação geológica onde a água se acumula e movimenta, estando limitada no topo e na base por materiais geológicos impermeáveis. Nestes aquíferos, a pressão de água é superior à pressão atmosférica. A recarga é feita lateralmente.

A captação das águas subterrâneas pode ser feita nos dois tipos de aquíferos através de furos (captações). Quando a captação de água subterrânea ocorre num aquífero cativo, dado que a água se encontra a uma pressão superior à pressão atmosférica, a água subirá até à cota correspondente ao nível hidrostático - designa-se por captação artesiana. Se a captação é feita num local onde o nível hidrostático ultrapassa o nível topográfico a água extravasa naturalmente sem ser necessário um sistema de bombagem - designa-se por captação artesiana repuxante.

Parâmetros característicos dos aquíferos

A quantidade de água que pode existir numa determinada formação geológica está dependente do volume dos espaços vazios existentes entre a matéria sólida que constitui os materiais geológicos.

Para se quantificar a capacidade de armazenamento de um aquífero e se determinar a viabilidade da sua extracção é necessário utilizar diversos parâmetros, como a porosidade e a permeabilidade.

A porosidade é um parâmetro que quantifica o volume máximo de água que um dado material pode comportar e que corresponde à sua saturação. A porosidade define-se como a relação entre o volume de vazios e o volume total da amostra. Este parâmetro depende quer do tamanho quer da forma dos grãos, bem como do grau de compactação do material geológico. Quanto menos compactada for a rocha maior será o espaço entre os vários grãos.

A permeabilidade é um parâmetro que avalia a capacidade de movimentação da água num dado aquífero. É definida como a propriedade que um dado material geológico apresenta em se deixar atravessar pela água. A qualidade de uma captação depende quer da porosidade, quer da permeabilidade do respectivo aquífero.

As formações geológicas com alta porosidade e alta permeabilidade constituem bons aquíferos. Enquanto que uma formação rochosa com alta porosidade, mas baixa permeabilidade, pode conter uma elevada quantidade de água, mas esta flui muito lentamente.

Composição química das águas subterrâneas

As águas subterrâneas apresentam características muito próprias e que se relacionam com o contexto geológico da região onde são captadas. Uma vez que as águas subterrâneas permanecem muito tempo em contacto com as formações geológicas que atravessam, é possível estabelecer uma relação entre a litologia inerente a essas formações e a composição química da água.

As rochas magmáticas e metamórficas fornecem água de boa e excelente qualidade com baixa concentração de sais dissolvidos. As rochas sedimentares fornecem água de boa qualidade, mas as que são captadas em arenitos podem ser mais ricas em sódio e as provenientes de rochas carbonatadas mais ricas em cálcio e magnésio.

As águas que se encontram a maiores profundidades seguem percursos mais longos e permanecem mais tempo em contacto com as rochas, tornando-se, assim, mais ricas em sais dissolvidos.

Em Portugal, as águas subterrâneas destinadas ao consumo humano podem ser classificadas como águas minerais naturais e águas de nascente.

Outro parâmetro importante na caracterização da água é a sua dureza, que reflecte o seu teor global em cálcio e magnésio.

Gestão sustentável das águas subterrâneas

A composição química das águas subterrâneas é influenciada por muitos factores, como a natureza e o teor de certos gases da atmosfera, os produtos resultantes da alteração das rochas, as reacções de dissolução e de precipitação que ocorrem no subsolo.

As actividades antrópicas podem introduzir impactes negativos muito diversificados e significativos na composição das águas subterrâneas. Exemplos de actividades antrópicas: extracção de água subterrânea de forma não controlada nos aquíferos costeiros; a extracção de água doce nestes sistemas pode provocar a entrada de água salgada no aquífero tornando a sua água salobra; rejeição de efluentes industriais e domésticos; actividades agrícolas; deposição de resíduos sólidos urbanos em aterros sanitários origina materiais lixiviantes altamente nocivos.

Após a poluição de um aquífero, a sua recuperação é praticamente impossível, envolvendo custos e período de tempo insuportável.

A exploração dos recursos geológicos deve assentar em decisões que evitem o rápido esgotamento das reservas, bem como minimizarem os impactes ambientais dessas actividades. Uma exploração sustentada dos recursos geológicos tem de estar enquadrada num modelo global de desenvolvimento que permita que as gerações actuais satisfaçam as suas necessidades sem pôr em risco as necessidades das gerações futuras.

Recursos minerais

Os elementos químicos fazem parte dos mais variados minerais e esses minerais estão amplamente disseminados numa grande variedade de rochas. Apenas em zonas muito restritas do planeta podemos encontrar elementos químicos em concentrações superiores à da sua concentração média na crusta terrestre. Designa-se por clarke a concentração média de um elemento químico na crusta terrestre e exprime-se em partes por milhão ou gramas por tonelada. Podemos considerar que num local existe um jazigo mineral quando a concentração média de um determinado elemento químico aí identificado é muito superior ao clarke desse elemento. Portanto, temos um minério quando um mineral ou agregado de minerais sólido ocorre na natureza.

A exploração dos jazigos minerais pode ser feita segundo métodos diferentes, como por exemplo a céu aberto ou em poços e galerias. Existe ainda um outro processo, quando certos minerais como o ouro e os diamantes ocorrem em jazigos de origem secundária, isto é, resultantes da meteorização das rochas que continham esses minerais. Os minerais resistentes são transportados pela água, concentrando-se em certas zonas dos cursos de água, constituindo jazigos que se designam por placers.

A exploração mineira pode provocar impactes ambientais graves numa dada região, como a desflorestação e a remoção das camadas de solo. Durante o processo extractivo, torna-se necessário realizar um determinado tipo de operações de separação dos componentes mineralógicos que não têm nesse momento valor económico. Designa-se por ganga (ou estéreis) à parte não aproveitável que acompanha o minério extraído dos jazigos que não tem valor económico. A acumulação dos produtos não úteis, que constituem a ganga, e que formam junto às explorações mineiras depósitos superficiais designa-se por escombreira. As escombreiras contêm substâncias tóxicas, podendo contaminar os solos e as águas subterrâneas se não forem devidamente tratadas.

A reabilitação de uma exploração mineira pode abranger processos naturais, mas, geralmente, exige intervenções com vista ao controlo dos processos corrosivos como, por exemplo, a impermeabilização dos solos com vista à sua protecção e à protecção das águas subterrâneas.

As mais variadas rochas que afloram num país podem também ser utilizadas como recursos geológicos e usadas na construção civil, na pavimentação e na estatuária. Consoante o predomínio da rocha numa dada região, assim ela será mais frequente como material de construção.

Em Portugal, as rochas mais utilizadas como elemento de construção são o granito e o calcário.

Após a edificação dos monumentos, a rocha exposta fica sujeita a variadas fontes de alteração. A alteração provocada por diversos factores, físicos, químicos e biológicos, vai acelerar a meteorização progressiva das rochas que constituem esses monumentos.

Energias renováveis

Energia geotérmica

As zonas de elevado gradiente geotérmico são muito importantes para o aproveitamento da energia geotérmica. Este aproveitamento implica a existência de um fluido (água) que transporta o calor do interior da Terra para a superfície.

A temperatura da água pode ser cerca dos 150ºC ou inferior. Em Portugal continental, as temperaturas são relativamente baixas e relacionam-se com grandes acidentes tectónicos.

A água termal corresponde a toda a água de origem subterrânea que tem uma temperatura superior 4ºC à temperatura atmosférica média da região.

O aproveitamento deste tipo de energia tem sido para terapia balnear, estufas e piscicultura. Nos Açores faz-se o aproveitamento da energia geotérmica de vapor de água a alta temperatura, uma vez que a temperatura do fluido geotérmico é muito elevada, o calor libertado pode ser aproveitado para a produção de energia eléctrica.

Energia eólica

Energia hídrica

Existem ainda outra fontes de energia renovável como a energia solar e a da biomassa.

Recursos geológicos

Os recursos geológicos são todos os materiais existentes na crusta terrestre e que podem ser aproveitados. O aproveitamento desses recursos depende da sua concentração na crusta terrestre, de modo a permitir a rentabilidade da sua exploração.

Uma reserva é um recurso geológico conhecido que possa ser explorado, quer do ponto de vista legal quer económico. Todos os recursos geológicos classificados como depósitos conhecidos podem tornar-se reservas.

Os recursos geológicos podem ser não renováveis e renováveis. Os recursos não renováveis são os que têm um período de génese muito lento relativamente à escala da vida humana e rapidamente se esgotam. Enquanto que os recursos renováveis podem ser repostos à medida que são consumidos.

Fontes de energia

Num mundo cada vez mais industrializado, os recursos energéticos tornam-se vitais.

• Combustíveis fósseis

Os combustíveis fósseis resultam de transformações da matéria orgânica e podem ocorrer na crusta terrestre sob três formas: petróleo bruto (líquido), carvão (sólido) e gás natural (gasoso). Por o período de génese ser muito lento são considerados recursos não renováveis. O uso intensivo dos combustíveis fósseis tem contribuído para o aumento na atmosfera de gases causadores do efeito de estufa, o que conduz a graves alterações climáticas. O aumento do consumo de combustíveis fósseis tende a agravar-se com o desenvolvimento dos países pouco industrializados, pois conforme esses países vão progredindo vão também aumentando os seus consumos energéticos. Os combustíveis fósseis têm conduzido a graves conflitos entre os diversos países. Acresce o facto de todos estes combustíveis serem fortemente poluidores e com fortes impactes na qualidade de vida das populações.

• Energia nuclear

A energia nuclear foi descrita como a potencial fonte energética para a Humanidade, até ser associada ao fabrico de armas de destruição maciça.

A energia nuclear envolve mudanças dos núcleos atómicos dos materiais utilizados nessas reacções. A partir da cisão do U-235 libertam-se grandes quantidades de energia sob forma de calor. Este calor é depois aproveitado numa central nuclear para provocar a vaporização da água, sendo o vapor usado na produção de electricidade.

Esta energia implica elevados custos ambientais, nomeadamente o risco de acidentes com fuga de radiação, a produção de resíduos radioactivos perigosos que levantam problemas de armazenamento e tratamento e poluição térmica da água. A utilização da energia nuclear (minerais radioactivos), se não for gerida de uma forma sustentada conduzirá ao seu rápido esgotamento pois é um recurso não renovável.

Textura das rochas metamórficas

A textura de uma rocha é determinada pelo tamanho, forma, arranjo dos minerais que a constituem. Durante o processo metamórfico, alguns minerais conferem às rochas metamórficas aspectos peculiares, quando estas resultam da actuação conjunta de tensões orientadas e temperaturas elevadas.

Um tipo de característica textural, de uma dada rocha metamórfica, é a existência ou ausência de foliação. Foliação corresponde a uma estrutura planar originada durante os processos metamórficos e que resulta de um alinhamento preferencial de certos minerais anteriores ao processo metamórfico (como as micas), quer da orientação de novos minerais formados durante o processo de recristalização. A existência de foliação pode estar relacionada com a presença de certos minerais com hábito tabular/lamelar que sob a acção de tensões dirigidas (não litostáticas) tendem a ficar orientados numa posição perpendicular à da tensão que afectou a rocha.

A clivagem, a xistosidade e o bandado gnáissico são três tipos de foliação muito característicos de rochas de baixo, médio e alto grau de metamorfismo, respectivamente.

• Clivagem - tipo de foliação frequente em rochas que experimentaram deformação em condições de metamorfismo de baixo grau, como por exemplo as ardósias e os filitos. Os processos metamórficos levam à ocorrência de orientação paralela dos minerais lamelares. Este tipo de estrutura conduz ao aparecimento de planos de clivagem favoráveis à existência de fissilidade (facilidade de a rocha se dividir em lâminas). As superfícies de clivagem numa rocha, em consequência do desenvolvimento dos minerais micáceos, conferem a esta rocha um brilho sedoso/lustroso nas superfícies de foliação.

• Xistosidade - com o aumento do grau de metamorfismo ocorrem fenómenos de recristalização, verificando-se um maior desenvolvimento dos cristais (como micas, quartzo e feldspatos). É uma forma de foliação desenvolvida pela orientação paralela de minerais tabulares e lamelares em rochas metamórficas de grão grosseiro. Devido ao maior desenvolvimento dos minerais estes são observáveis a olho-nú.

• Bandado gnáissico - é um tipo de foliação gerada por diferenciação em bandas por efeito de tensões dirigidas, identificada em rochas de alto grau de metamorfismo. Devido aos intensos fenómenos de recristalização dos minerais não lamelares, estes vão ser separados de outros como a biotite e as anfíbolas, formando-se bandas alternadas destes minerais que lhe conferem o bandado característico.

Um outro tipo de textura que pode ser identificada em certas rochas metamórficas é a textura não foliada ou granoblástica. Rochas como o quartzito, o mármore e as corneanas apresentam este tipo de textura relacionado com o metamorfismo de contacto.

Tipos de metamorfismo

Existem vários tipos de metamorfismo, dos quais se destacam: o metamorfismo regional e o metamorfismo de contacto.

• Metamorfismo regional

É um tipo de metamorfismo que afecta extensas áreas na crusta terrestre, tendo origem em processos que envolvem uma sequência de fenómenos relacionados com a formação de cadeias montanhosas (orogenia). O metamorfismo regional está ligado a processos relacionados com a convergência de placas, contexto tectónico onde podem ocorrer condições de elevadas temperaturas e condições de tensão que variam de moderadas a altas.

Quando as condições de tensão e de temperatura ultrapassam determinados valores (cerca de 800ºC), ocorrem processos de fusão parcial, iniciando-se a transição do metamorfismo para o magmatismo (ultrametamorfismo).

• Metamorfismo de contacto

Ocorre nas zonas próximas da instalação de rochas intrusivas. Antes de consolidar, o calor e os fluidos libertados pelo magma, ao propagarem-se às rochas encaixantes, vão alterar os minerais existentes nessas rochas.

As rochas junto à intrusão são fortemente aquecidas e alteradas, desenvolvendo-se uma zona de alteração quer mineralógica, quer estrutural, denominada auréola de metamorfismo. Por ser o calor o principal factor de metamorfismo, o metamorfismo de contacto também pode ser designado por metamorfismo térmico.

A extensão da auréola metamórfica depende da dimensão do corpo intrusivo que se instala. As rochas metamórficas que se originam nas zonas mais próximas do corpo intrusivo designam-se por corneanas (pode também designar as rochas resultantes do metamorfismo de contacto a partir de rochas argilosas). Por processos de metamorfismo de contacto, os calcários podem originar mármores e os arenitos formam quartzitos. A variedade de rochas resultantes do metamorfismo de contacto depende do tipo de rocha-mãe onde o corpo magmático se instala.

Mineralogia das rochas metamórficas

Os minerais que constituem as rochas são mais estáveis em ambientes semelhantes aos da sua génese. Quando essas condições se alteram, os minerais podem experimentar transformações.

A composição mineralógica e o arranjo dos minerais rochosos preexistentes, quando sujeitos a novas condições de pressão e de temperatura, tornam-se instáveis. Os materiais rochosos podem ser transformados, originando-se diferentes associações de minerais, e/ou texturas, devido a novos arranjos de partículas, ocorrendo processos de recristalização.

A recristalização verifica-se pela alteração da estrutura cristalina do mineral. A circulação de fluidos alteram a composição química dos minerais preexistentes, podendo também ocorrer a recristalização.

Uma forma de distinguirmos as rochas metamórficas de outro tipo de rochas é através da sua mineralogia característica. Os minerais específicos de ambientes metamórficos que podem caracterizar as condições presentes num determinado contexto metamórfico são a clorite, a estaurolite, a silimanite, a granada, a cianite, a andaluzite e o epídoto.

A andaluzite, a silimanite e a cianite são aluminossilicatos que, sob diferentes condições de pressão e de temperatura, experimentam transformação polimórfica.

A identificação de determinados grupos de minerais em rochas que numa dada zona foram afectadas por metamorfismo pode ser utilizada na caracterização das condições termodinâmicas reinantes durante o processo metamórfico.

Quando um dado mineral permite inferir das condições em que uma dada rocha metamórfica foi gerada, é designado por mineral-índice. Sendo possível identificar diferentes graus de metamorfismo pela presença de minerais indicadores das condições de pressão e de temperatura em que a rocha que os contém foi gerada. Existe o metamorfismo de baixo grau, metamorfismo de médio grau e metamorfismo de alto grau. As diferentes zonas metamórficas são delimitadas por superfícies de igual grau de metamorfismo, chamadas isógradas, sendo definidas pelos pontos onde ocorrem pela primeira vez determinados minerais-índice.