2005
Maria Isabel Rola
Rodrigues Abrantes
Os sedimentos superficiais da margem continental,
sector Espinho – Cabo Mondego: a utilização das
fracções finas como traçadores de dinâmica
2005
Maria Isabel Rola
Rodrigues Abrantes
Os sedimentos superficiais da margem continental,
sector Espinho – Cabo Mondego: a utilização das
fracções finas como traçadores de dinâmica
sedimentar actual
dissertação apresentada à Universidade de Aveiro para cumprimento dos requisitos necessários à obtenção do grau de Doutor em Geociências, realizada sob a co-orientação científica do Doutor Fernando J. F. T. Rocha, Professor Catedrático do Departamento de Geociências da Universidade de Aveiro e do Doutor João M. Alveirinho Dias, Professor Associado do
Departamento de Ambiente e Ciências da Terra da Faculdade de Ciências do Mar e do Ambiente da Universidade do Algarve.
o júri
presidente Doutor João Carlos Celestino Gomes Rocha
professor catedrático da Universidade de Aveiro
Doutor Fernando Joaquim Fernandes Tavares Rocha
professor catedrático do Departamento de Geociências da Universidade de Aveiro
Doutor João Manuel Alveirinho Dias
professor associado da Faculdade de Ciências do Mar e Ambiente da Universidade do Algarve
Doutora Cristina Maria de Almeida Bernardes
professora associada do Departamento de Geociências da Universidade de Aveiro
Doutor Mário Albino Pio Cachão
professor auxiliar da Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa
Doutor João Miguel Sequeira Silva Dias
professor auxiliar do Departamento de Física da Universidade de Aveiro
Doutora Anabela Tavares Campos Oliveira
agradecimentos A execução do presente trabalho não teria sido possível sem a ajuda e colaboração desinteressada de diversas pessoas e instituições, a quem desejo expressar os mais profundos agradecimentos, nomeadamente:
Ao Prof. Doutor Fernando Rocha pela sua orientação, pelos ensinamentos no campo da mineralogia (nomeadamente das argilas), pelas críticas e sugestões e pela disponibilidade e apoio demonstrados ao longo de todas as fases deste trabalho.
Ao Prof. Doutor Alveirinho Dias, co-responsável pela orientação da presente tese, por me ter incutido o gosto pela Geologia Marinha, pelas suas sugestões e por me ter testado os limites de resistência à crítica.
Ao Instituto Hidrográfico, na pessoa do seu director, pela cedência da amostragem, colhida no âmbito do programa SEPLAT, e dos dados oceanográficos.
À Escola Superior de Educação e ao Instituto Politécnico de Viseu pela dispensa de serviço que usufruí, no âmbito do PRODEP.
Ao Prof. Doutor Celso Gomes pelo acolhimento no Centro de Minerais Industriais e Argilas do Departamento de Geociências da Universidade de Aveiro, e pelas trocas de opinião sempre enriquecedoras.
Ao Prof. Doutor João Dias pela partilha dos seus conhecimentos sobre a Ria de Aveiro e pela aplicação do seu modelo hidrodinâmico aos resultados da matéria particulada em suspensão. Não menos importante, foi a sua ajuda no trabalho de campo e o seu permanente apoio e incentivo.
Ao Prof. Doutor Mário Cachão por me ter entusiasmado pelo estudo dos cocolitóforos da Ria de Aveiro e me ter ensinado a dar os primeiros passos na identificação dos espécimes, pelo interesse manifestado pelos resultados obtidos e pela leitura crítica dos aspectos relacionados com o nanoplâncton.
Às Doutoras Aurora Rodrigues e Anabela Oliveira, pelas sugestões e discussões, pela leitura crítica deste trabalho, pelo incansável apoio e pela sua infinita paciência. Este trabalho é sem dúvida um reflexo da sua partilha de saber e experiência.
À Prof. Doutora Helena Moreira por me ter facilitado o acesso à embarcação e equipamento de campo e de laboratório do Departamento de Biologia da Universidade de Aveiro.
Ao Doutor Fernando Magalhães pela cedência de alguns dados da sua tese de doutoramento e pelo seu companheirismo.
À Prof. Doutora Cristina Bernardes por me ter facultado alguma da sua bibliografia particular e pela disponibilidade e amizade sempre demonstradas.
À Eng. Adelina Andrade e à Eng. Cristina Sequeira pelo processamento das amostras no Laboratório de Difracção de Raio X, do Departamento de Geociências da Universidade de Aveiro, e por todo o apoio manifestado.
À Eng. Denise Terroso pela ajuda em diversos trabalhos laboratoriais e pela disponibilidade e incentivo constantes.
Ao Sr. Rui Marques pela preciosa colaboração nas campanhas efectuadas na Ria de Aveiro e pelo seu profissionalismo.
Aos colegas da Área Científica de Ciências da Natureza da ESEV pelo apoio sempre manifestado.
À Prof. Doutora Paula Carvalho, da ESEV, por me ter instigado a aceitar este desafio.
Aos meus colegas e amigos César Jesus, Eduardo Ferraz, Jesus Vidinha, João Baptista, Manuela Inácio, Paulo Morgado, Sofia Mota Leite, Sónia Rey, Teresa Melo e Virgínia Martins pelo excelente acolhimento no Departamento de Geociências da Universidade de Aveiro, pela ajuda nos trabalhos de campo, pelos ensinamentos informáticos e pelos bons momentos que sempre me proporcionaram durante a minha estadia em Aveiro.
Aos meus filhos um agradecimento especial pelo seu carinho, pela sua confiança e paciência e por saberem compreender as minhas ausências. À minha mãe por estar sempre presente e por me ter ensinado a não desistir perante as adversidades.
resumo A plataforma e vertente continental superior entre os paralelos de Espinho e do Cabo Mondego constituem um dos sectores melhor conhecidos da margem continental portuguesa. Contudo, o conhecimento relativo à cobertura sedimentar restringia-se às fracções mais grosseiras dos sedimentos superficiais (cascalho e fundamentalmente areia), desconhecendo-se a composição das partículas finas, que constituem importantes traçadores de proveniência, dispersão e deposição de sedimentos. No sentido de obviar esta lacuna, elaborou-se a presente dissertação que, incidindo sobre as fracções finas (<63 µm e <2 µm), tem como objectivos identificar os cortejos mineralógicos presentes e definir os respectivos padrões de distribuição, de modo a deduzir um modelo conceptual de dinâmica sedimentar actual.
Constituindo a Ria de Aveiro o único sistema estuarino-lagunar que drena directamente para o sector em análise, o estudo da sua matéria particulada em suspensão (MPS) permite conhecer as potenciais contribuições mineralógicas e estimar os fluxos de partículas para o domínio atlântico. A MPS, constituída fundamentalmente por mica/ilite, quartzo e caulinite, tende a ser exportada para o oceano adjacente durante as marés vivas, sendo que, no decurso das marés mortas, o sistema funciona como uma armadilha de sedimentos finos. No que se refere às análises mineralógicas efectuadas na plataforma e vertente continental superior, os resultados obtidos na fracção <63 µm confirmam a fraca contribuição terrígena actual e realçam, muito provavelmente, a importância da produção primária e da contribuição dos afloramentos rochosos carbonatados da plataforma média e externa como fornecedores de partículas finas para o depositário. Com efeito, a fracção silto-argilosa é dominada pela calcite, seguida pelo quartzo, filossilicatos, feldspatos K e plagioclases.
As associações mineralógicas identificadas na fracção <2 µm, compostas por ilite, caulinite, minerais argilosos expansivos (sobretudo esmectite e interestratificados irregulares de ilite-esmectite) e clorite, reflectindo, na generalidade, a geologia do continente adjacente, evidenciam a contribuição dos rios Douro e Mondego e da Ria de Aveiro, bem como os processos de fornecimento associados à erosão do litoral.
O padrão de distribuição dos minerais das fracções estudadas sugerem o transporte preferencial para norte e para o largo e a sua deposição em locais energeticamente mais calmos e/ou protegidos por afloramentos rochosos. O conhecimento das características granulométricas e composicionais das fracções grosseiras (cascalho e areia) e finas (silte e argila) dos sedimentos superficiais, complementado com os dados disponível sobre as condições oceanográficas na costa oeste portuguesa, particularmente a norte do paralelo 41ºN, e com a informação existente sobre a evolução da linha de costa desde o último Máximo Glaciário permitiu deduzir os principais traços da dinâmica sedimentar actual e passada na área de estudo
abstract The continental shelf and upper slope between Espinho and the Mondego Cape are one of the most extensively studied sectors of the Portuguese continental margin. However, the knowledge about the sedimentary cover was so far restricted to the coarsest fractions of the surface sediments (gravel and mostly, sands) while the composition of the fine particles, which is considered an important tracer of sediment provenance, dispersion and deposition, remained unknown. This PhD dissertation was written in order to bridge this gap in knowledge, focussing on the study of the fine fractions of the surface sediments (<63 µm and <2 µm) and having as the main objectives, the identification of the principal mineralogical assemblages and the definition of their patterns of distribution in order to define the conceptual model of the present day sedimentary dynamics in the studied region.
The study of the suspended particulate matter (SPM) in the Ria de Aveiro, the only lagoon-estuarine system that drains directly to the sector under analysis, allowed for the identification of the principal mineralogical contributions and the estimation of particle fluxes to the Atlantic domain. It was concluded that the SPM was constituted essentially by mica/ilite, quartz and kaolinite, and trends to be exported to the adjacent ocean during spring tides, while during neap tides, the system acts as a trap for the fine sediments.
The mineralogical analyses carried out in the <63 µm fraction confirm the present day low terrigenous contribution for the continental shelf and upper slope. The results show the importance of the primary production and the contribution of the middle and outer shelf carbonate outcrops as sources of fine particles. The silt-clay fraction is dominated by calcite, followed by quartz, phyllosilicates, k-feldspars and plagioclases.
The mineralogical assemblages identified in the <2 µm fraction, composed by ilite, kaolinite, expansive clay minerals (mostly smectite and interstratified illite-smectite) and chlorite, reflect the geology of the adjacent continental land, the contribution of the rivers Douro and Mondego and that of the Ria de Aveiro, as well as the supplying processes associated with littoral erosion.
The patterns of mineral distribution in the studied fractions suggest the preferential transport to the north and off-shelf, and their deposition in lower energy places and/or locally protected by rock outcrops.
The knowledge about the granulometry and composition of the coarse (gravel and sand) and fine fractions (silt and clay) of the surface sediments, complemented by the other data available about oceanographic conditions along the west Portuguese coast, in particular to the north of 41ºN parallel, and with the information available about the evolution of the coastline since the Last Glacial Maximum, allowed for the characterisation of the main patterns of the past and present day sedimentary dynamics in the study area.
Esta tese é dedicada: Ao João e José Pedro Ao José Francisco Aos meus pais
Índice Geral
Capítulo 1 Introdução ... 1 1.1 Objectivos...2 1.2 Estrutura do trabalho ... 2 Capítulo 2 Importância dos sedimentos finos em estudos de margens continentais ... 52.1 Introdução ... 5
2.2 Indicadores de proveniência, dispersão e transporte... 6
2.3 Indicadores paleoclimáticos e paleoceanográficos... 10
Capítulo 3 Material e métodos ... 17
3.1 Amostragem na margem continental ... 17
3.2 Campanhas na Ria de Aveiro ... 18
3.3 Tratamento laboratorial... 20
3.3.1 Extracção da fracção fina e argilosa dos sedimentos de fundo ... 20
3.3.2 Sedimentos em suspensão ... 21
3.3.2.1 Concentração e mineralogia ... 21
3.3.2.2 Nanoplâncton calcário... 22
3.3.2.2.1 Preparação e estudo das amostras ... 23
3.3.3 Análise mineralógica por Difracção de Raio X ... 24
3.4 Tratamento dos dados sedimentológicos... 27
Capítulo 4 Enquadramento regional ... 29
4.1 Características climáticas... 29
4.2 Massas de água e sua circulação na plataforma... 30
4.2.1 Marés... 30
4.2.2 Ondas internas... 31
4.2.3 Agitação marítima ... 32
4.2.4 Temporais ... 33
4.2.5 Sobreelevação do nível do mar ... 34
4.2.6 Circulação das massas de água na costa oeste... 35
4.2.7 Padrão de circulação em regime de Inverno... 36
4.2.8 Padrão de circulação em regime de Verão ... 39
4.4 Características gerais da margem continental... 43
4.4.1 Geomorfologia e geologia da margem continental ... 43
4.5 Características gerais do continente emerso... 50
4.5.1 Morfologia e geologia da faixa litoral ... 50
4.5.2 Morfologia das bacias hidrográficas ... 53
4.5.3 Hidrologia ... 55
4.5.4 Geologia das bacias hidrográficas... 58
4.6 Fornecimento de sedimentos à plataforma... 61
Capítulo 5 Ria de Aveiro ... 65
5.1 Introdução ... 65
5.2 Hidrodinamismo da Ria de Aveiro... 69
5.2.1 Circulação hidrológica na Ria de Aveiro... 69
5.2.2 Agentes forçadores da dinâmica sedimentar durante os períodos de estudo ... 74
5.3 Sedimentos da Ria de Aveiro ... 80
5.4 Matéria particulada em suspensão... 85
5.4.1 Concentração das suspensões ... 85
5.4.2 Mineralogia dos sedimentos em suspensão ... 92
5.4.3 Interpretação dos resultados da MPS na Ria de Aveiro... 104
5.4.3.1 Acção das marés ... 104
5.4.3.2 Outras acções forçadoras da distribuição de MPS ... 110
5.4.4 Componente biogénica das suspensões – cocolitóforos ... 115
5.4.4.1 Análise das esferas ... 116
5.4.4.2 Análise dos litos ... 119
5.4.4.3 Discussão ... 123
5.4.5 Fluxos de matéria particulada ... 128
5.5 Modelo conceptual de dinâmica da MPS na Ria de Aveiro ... 133
5.6 Síntese ... 137
Capítulo 6 A margem continental adjacente... 141
6.1 A cobertura sedimentar... 141
6.2 Sedimentos finos da cobertura sedimentar... 143
6.2.1 Fracção silto-argilosa ... 143
6.2.1.1 Mineralogia da fracção silto-argilosa... 144
6.2.1.1.1 Calcite ... 145 6.2.1.1.2 Quartzo... 146 6.2.1.1.3 Filossilicatos ... 148 6.2.1.1.4 Feldspatos potássicos... 151 6.2.1.1.5 Plagioclases... 152 6.2.1.1.6 Dolomite ... 153 6.2.1.1.7 Opala C/CT... 155 6.2.1.1.8 Pirite... 156 6.2.1.2 Ratios Mineralógicos ... 157 6.2.1.3 Análise estatística ... 158
6.2.1.3.1 Univariada... 158
6.2.1.3.2 Multivariada ... 163
6.2.2 Fracção argilosa ... 167
6.2.2.1 Mineralogia da fracção argilosa... 168
6.2.2.1.1 Ilite ... 169
6.2.2.1.2 Caulinite... 172
6.2.2.1.3 Minerais argilosos expansivos (Esmectite e Ilite-Esmectite)... 174
6.2.2.1.4 Clorite... 176 6.2.2.2 Ratios mineralógicos ... 178 6.2.2.3 Análise estatística ... 179 6.2.2.3.1 Univariada... 179 6.2.2.3.2 Multivariada ... 182 6.3 Depósitos sedimentares ... 186 6.4 Síntese ... 194 Capítulo 7 A dinâmica sedimentar actual e passada na área de estudo ... 197
7.1 Introdução ... 197
7.2 Dinâmica sedimentar no sector Espinho – Cabo Mondego ... 199
7.2.1 Dinâmica sedimentar pós-glaciária ... 199
7.2.2 Dinâmica sedimentar actual... 205
7.3 Perspectivas de evolução futura... 212
7.4 Síntese ... 213
Capítulo 8 Conclusões e considerações finais... 215
Referências bibliográficas... 221 Anexo A
Matéria Particulada em Suspensão
A.1 Concentração da matéria particulada em suspensão ...A-1 A.2 Mineralogia da matéria particulada em suspensão ...A-6
Anexo B
Cocolitóforos - Ria de Aveiro
B.1 Sistemática dos cocolitóforos ...B-1 B.2 Dados de abundância absoluta de cocosferas...B-2 B.3 Dados de abundância absoluta de litos ...B-3 B.4 Distribuição espacial dos cocolitóforos ...B-4
Anexo C
Dados Mineralógicos das fracções finas dos sedimentos da margem continental
C.1 Localização e referência das amostras estudadas ...C-1 C.2 Dados mineralógicos da fracção silto-argilosa...C-2 C.3 Dados mineralógicos da fracção argilosa...C-3
Índice de Figuras
Capítulo 2Fig. 2.1 Distribuição da clorite (A) e da esmectite (B) nos sedimentos superficiais da costa de Oregon. Padrões de transporte no Inverno (C) e no Verão (D) inferidos a partir da distribuição dos minerais argilosos (Karlin, 1980). ... 9 Fig. 2.2 Distribuição percentual da clorite na fracção argilosa dos sedimentos superficiais dos
oceanos (Windom, 1976)... 11 Fig. 2.3 Distribuição percentual da ilite na fracção argilosa dos sedimentos superficiais dos oceanos (Windom, 1976)... 11 Fig. 2.4 Distribuição percentual da caulinite na fracção argilosa dos sedimentos superficiais dos
oceanos (Windom, 1976)... 12 Fig. 2.5 Distribuição percentual da esmectite na fracção argilosa dos sedimentos superficiais dos
oceanos (Windom, 1976)... 13 Fig. 2.6 Dados sedimentológicos e mineralógicos de sedimentos quaternários do Mediterrâneo
Noroeste (core 1MO67). I – Ilite; S – Esmectite; C – Clorite; K – Caulinite; as setas indicam um aumento da abundância relativa ou uma melhoria da cristalinidade (Chamley, 1971). .... 14
Capítulo 3
Fig. 3.1 Localização da área de estudo. ... 17 Fig. 3.2 Mapa de amostragem da plataforma e vertente continental superior. ... 18 Fig. 3.3 A – Localização das estações de amostragem na Ria de Aveiro; B – Transecto do
marégrafo e respectivos locais de amostragem. ... 19 Fig. 3.4 Cristalinidade da ilite – índice de Kubler (1964) /Segonzac (1969)... 26 Fig. 3.5 Diagrama de Esquevin (1969), de acordo com Kisch (1991). ... 27
Capítulo 4
Fig. 4.1 Valores médios mensais da temperatura do ar. Dados obtidos na Estação Climatológica da Universidade de Aveiro, entre 1981 e 2001 (in Condesso de Melo, 2002). ... 29 Fig. 4.2 Esquema conceptual da circulação de Inverno na parte superior do oceano na Bacia Oeste Ibérica. 1 – Corrente de Portugal (CoP); 2 – Ramo costeiro da Corrente de Portugal; 3 – Frente Oeste Ibérica de Inverno; 4 – Corrente Ibérica para o Pólo; 5 – Ramo nordeste da Corrente dos Açores; 6 – Recirculação para norte do fluxo do Golfo de Cadiz; 7 – Meandro /eddy anticiclónico; 8 – Swoddies; 9 – Meddies; 10 – Ramo da Corrente Ibérica para o Pólo; 11 – Pluma Oeste Ibérica (WIBP). BG – Banco da Galiza; CMT – Crista Madeira-Tore; BGor – Banco do Gorringe (adaptado de Peliz et al., 2005)... 37 Fig. 4.3 Temperatura superficial na costa oeste Ibérica. Canal 4 NOAA-14 em 24.08.1998 às 03:58 UTM (adaptado de Peliz et al., 2002). ... 40 Fig. 4.4 Modelo conceptual de circulação na margem continental adjacente a Aveiro (adaptado de Peliz et al., 2002). ... 40
Fig. 4.5 Caracterização esquemática da dinâmica sedimentar das partículas arenosas da plataforma
continental ao largo de Aveiro (Taborda, 1999). ... 42
Fig. 4.6 Carta batimétrica, segundo Vanney e Mougenot (1981) – Folha da Figueira da Foz. ... 44
Fig. 4.7 Mapa geológico da plataforma setentrional portuguesa: sector Póvoa do Varzim – Cabo Mondego (Rodrigues, 2001)... 47
Fig. 4.8 Distribuição das classes texturais de Shepard (1954) (adaptado de Magalhães, 1999)... 49
Fig. 4.9 Distribuição da fracção silto-argilosa [adaptado de Abrantes (1994) e Magalhães (1999)]. ... 49
Fig. 4.10 Distribuição da fracção cascalhenta [adaptado de Abrantes (1994) e Magalhães (1999)]. ... 50
Fig. 4.11 Evolução da Ria de Aveiro durante os últimos 1000 anos (RNDSJ, 2002)... 51
Fig. 4.12 Imagem de satélite da Ria de Aveiro (NASA, 2004). ... 54
Fig. 4.13 Bacia hidrográfica do Rio Vouga (adaptado de INAG, 2003). ... 55
Fig. 4.14 Mapa geológico do litoral e do Baixo Vouga. A informação geológica foi digitalizada a partir das Cartas Geológicas de Portugal folhas: 13C-Ovar, 16A-Aveiro, 16C-Vagos e 19A-Cantanhede, e de Barra (1998) (in Condesso de Melo, 2002)... 59
Capítulo 5 Fig. 5.1 Efeito da salinidade na floculação em função da concentração de partículas (baseado em dados em Krone, 1962) (adaptado de Meade, 1972 in Eisma, 1993)... 67
Fig. 5.2 Relação entre a concentração e o tempo de queda de suspensões constituídas por partículas inorgânicas, por matéria orgânica ou por flóculos formados por matéria orgânica e inorgânica (Kranck, 1984 in Eisma, 1993)... 68
Fig. 5.3 Distribuição da velocidade média quadrática da corrente – RMS speed (ms-1) em situações extremas de marés viva e morta (Dias, 2001)... 71
Fig. 5.4 Velocidades das correntes de maré determinadas por simulação numérica em condições de maré viva máxima em 24 estações dos canais principais (os valores positivos correspondem a situação de enchente) (Dias, 2001). ... 72
Fig. 5.5 Tempo de residência (em dias) das partículas (Dias, 2001)... 74
Fig. 5.6 Localização das estações hidrométricas e respectivos escoamentos mensal observado no ano hidrológico 2001/02 e médio (adaptado de INAG, 2003). ... 75
Fig. 5.7 Intensidade do vento na estação climatológica da Universidade de Aveiro durante os dias de campanha (BM - baixa-mar; PM - preia-mar na embocadura). ... 76
Fig. 5.8 Precipitação mensal registada na bacia do Vouga, dados da barragem de Castelo Burgães (adaptado de INAG, 2003)... 76
Fig. 5.9 Dados de agitação marítima da bóia ondógrafo de Leixões referentes ao período da amostragem de Verão: HMO – altura significativa; HMAX – altura máxima de zero ascendente ocorrida no registo; TO2 – período médio; THMAX – período correspondente a HMAX (observações cedidas pelo Instituto Hidrográfico). ... 78
Fig. 5.10 Dados de agitação marítima da bóia ondógrafo de Leixões referentes ao período da amostragem de Inverno: HMO – altura significativa; HMAX – altura máxima de zero ascendente ocorrida no registo; TO2 – período médio; THMAX – período correspondente a HMAX (observações cedidas pelo Instituto Hidrográfico)... 79
Fig. 5.11 Dados de agitação marítima da bóia ondógrafo de Leixões referentes ao período da amostragem de Verão, no transecto do marégrafo: HMO – altura significativa; HMAX – altura máxima de zero ascendente ocorrida no registo; TO2 – período médio; THMAX – período correspondente a HMAX (observações cedidas pelo Instituto Hidrográfico)... 80 Fig. 5.12 Carta dos sedimentos de fundo da Ria de Aveiro (Duarte et al., 2003), com a localização das estações de amostragem. ... 82 Fig. 5.13 Distribuição zonal dos minerais argilosos dos sedimentos recentes da Ria de Aveiro
(Gomes e Delgado, 1991). ... 84 Fig. 5.14 A – Localização das estações de colheita da carga sólida em suspensão nos rios que
afluem à Ria de Aveiro; B – respectiva composição mineral, qualitativa e semi-quantitativa (Gomes, 1987)... 84 Fig. 5.15 Evolução temporal da concentração de MPS ao longo dos momentos de amostragem dos ciclos de maré: PM (preia-mar), PM+2 (duas horas após a preia-mar), BM-2 (duas horas antes da baixa-mar), BM (baixa-mar), BM+2 (duas horas após a baixa-mar) e PM-2 (duas horas antes da preia-mar), junto ao fundo (F), a meia-água (MA) e à superfície (S)... 86 Fig. 5.16 Variação da concentração de MPS com a distância à Barra (estação 1 - 0 km) em
baixa-mar e preia-baixa-mar; junto ao fundo (F); à superfície (S). ... 88 Fig. 5.17 Concentrações médias da MPS nos locais de amostragem... 90 Fig. 5.18 Evolução temporal da concentração de MPS na secção transversal ao marégrafo ao longo dos momentos de amostragem dos ciclos de maré: PM-3 (três horas antes da preia-mar) PM (preia-mar), BM-3 (três horas antes da baixa-mar) e BM (baixa-mar), junto ao fundo (F), a meia-água (MA) e à superfície (S), no ponto sul do transecto (MS), a meio do canal (MC) e no ponto norte do transecto (MN). ... 91 Fig. 5.19 Variação espacial da concentração de MPS na secção transversal ao marégrafo ao longo dos momentos de amostragem dos ciclos de maré: PM-3 (três horas antes da preia-mar) PM (preia-mar), BM-3 (três horas antes da baixa-mar) e BM (baixa-mar), junto ao fundo (F), a meia-água (MA) e à superfície (S), no ponto sul da secção (MS), a meio do canal (MC) e no ponto norte da secção (MN)... 92 Fig. 5.20 Distribuição espacial dos valores médios dos minerais da MPS durante os períodos de
estudo (M/I – mica/ilite; K - caulinite; Cl – clorite; Qz – quartzo; FK – feldspatos potássicos; Plg – plagioclases; Ca – calcite; Op – opala C/CT; Py – pirite; Outros – minerais vestigiais). . 93 Fig. 5.21 Variabilidade sazonal dos teores médios dos minerais mais representativos e acessórios da matéria particulada em suspensão, na coluna de água... 98 Fig. 5.22 Valores médios dos minerais da MPS nas marés vivas e mortas amostradas... 99 Fig. 5.23 Diagramas de caixa da abundância relativa de alguns minerais presentes na MPS (e –
enchente; v – vazante; S – desvio padrão)... 101 Fig. 5.24 Valores médios dos minerais da MPS nas marés vivas e mortas amostradas na secção do marégrafo (MV – maré viva; MM – maré morta; MS – ponto sul; MC – meio canal; MN – ponto norte da secção). ... 103 Fig. 5.25 Diagramas de caixa das concentrações de MPS nos diferentes períodos de amostragem.
... 107 Fig. 5.26 Diagramas de caixa das concentrações de MPS ao longo da secção do marégrafo (MS
-estação sul; MC --estação a meio canal; MN --estação norte; MV -maré viva; MM -maré morta; e -enchente; v –vazante; Max -máximo; Min -mínimo; M -média e DP -desvio padrão). ... 108
Fig. 5.27 Fotografia aérea oblíqua da embocadura da Ria de Aveiro durante a meia enchente (Silva
et al., 2001). ... 113
Fig. 5.28 Fotografia aérea oblíqua da embocadura da Ria de Aveiro durante o início da vazante (Silva et al., 2001)... 114
Fig. 5.29 Exemplares de algumas esferas identificadas nas marés vivas de Verão (fotografias tiradas ao microscópio óptico com nicóis cruzados). ... 116
Fig. 5.30 Litos colhidos na coluna de água durante a preia-mar e baixa-mar das marés vivas amostradas (fotografias tiradas ao microscópio óptico com nicóis cruzados)... 120
Fig. 5.31 Modelo Litos/Esferas (adaptado de Cachão et al., 2001)... 124
Fig. 5.32 Outup do modelo LS (adaptado de Cachão et al., 2001). ... 124
Fig. 5.33 Projecção das espécies no plano Factor 1/Factor 2. Os gráficos A, B e C correspondem aos dados de Verão e os restantes aos de Inverno. As setas indicam o factor distância das esferas ( ) para os litos ( ) de cada taxon. Entre parêntesis encontra-se indicada a profundidade de colheita (S- superfície e MA- meia-água). ... 125
Fig. 5.34 Séries temporais dos fluxos de água e de matéria particulada em suspensão (MPS) estimados ao longo de cada ciclo de maré amostrados na secção da Barra. ... 129
Fig. 5.35 Fluxos de água (milhões de metros cúbicos) e de matéria particulada em suspensão (toneladas) na secção transversal à estação da Barra (escala diferente na MPS de 15.02.2002)... 130
Fig. 5.36 Séries temporais dos fluxos de água e de matéria particulada em suspensão estimados ao longo de cada ciclo de maré amostrados nos três pontos da secção do marégrafo (MS – ponto sul, MC – meio canal e MN – ponto norte da secção)... 132
Fig. 5.37 Fluxos de água e de matéria particulada em suspensão através da secção do marégrafo (MS – ponto sul, MC – meio canal e MN – ponto norte da secção)... 133
Fig. 5.38 Série temporal dos valores da matéria em suspensão na estação de amostragem de Ponte de Águeda (Abril 1989 a Dezembro de 2002 – INAG). ... 134
Fig. 5.39 Série temporal dos valores da matéria em suspensão na estação de amostragem de Ponte Minhoteira (Abril 1989 a Dezembro de 2002 – INAG). ... 134
Fig. 5.40 Modelo esquemático da dinâmica da matéria particulada em suspensão na Ria de Aveiro em condições de caudal normal (a largura das setas indica a importância relativa dos processos envolvidos)... 136
Capítulo 6 Fig. 6.1 Mapa de distribuição percentual da calcite. ... 145
Fig. 6.2 Mapa de distribuição percentual do quartzo... 147
Fig. 6.3 Mapa de distribuição percentual de filossilicatos. ... 148
Fig. 6.4 Mapa de distribuição percentual da mica/ilite. ... 149
Fig. 6.5 Mapa de distribuição percentual dos feldspatos potássicos. ... 151
Fig. 6.6 Mapa de distribuição percentual das plagioclases... 153
Fig. 6.7 Mapa de distribuição percentual da dolomite. ... 154
Fig. 6.9 Mapa de distribuição percentual da pirite. ... 156
Fig. 6.10 Mapa de distribuição do ratio carbonatos/silicatos... 157
Fig. 6.11 Diagramas de caixa das variáveis mineralógicas: quartzo, filossilicatos, feldspatos potássicos e plagioclases (Max - máximo; Min - mínimo; PI - plataforma interna; PM - plataforma média; PE - plataforma externa e VCS - vertente continental superior)... 161
Fig. 6.12 Diagramas de caixa das variáveis mineralógicas: calcite, dolomite, opala C/CT e pirite (Max - máximo; Min - mínimo; PI - plataforma interna; PM - plataforma média; PE - plataforma externa e VCS - vertente continental superior). ... 161
Fig. 6.13 Projecções das variáveis e dos scores nos planos 1/2 e 1/3. ... 164
Fig. 6.14 Mapa de distribuição dos scores do factor 1. ... 165
Fig. 6.15 Mapa de distribuição dos scores do factor 2. ... 165
Fig. 6.16 Mapa de distribuição dos scores do factor 3. ... 166
Fig. 6.17 Mapa de distribuição da fracção argilosa. ... 167
Fig. 6.18 Mapa de distribuição percentual da ilite... 170
Fig. 6.19 Mapa de distribuição do índice de cristalinidade de Kubler das ilites... 170
Fig. 6.20 Diagrama Índice de Esquevin versus Índice de Kubler aplicado às amostras da área de estudo. ... 171
Fig. 6.21 Mapa de distribuição percentual da caulinite... 172
Fig. 6.22 Mapa de distribuição do índice de cristalinidade da caulinite... 174
Fig. 6.23 Mapa de distribuição percentual dos minerais argilosos expansivos (esmectite e ilite-esmectite). ... 175
Fig. 6.24 Mapa de distribuição percentual da clorite... 177
Fig. 6.25 Mapa de distribuição do ratio caulinite/ilite. ... 178
Fig. 6.26 Mapa de distribuição do ratio caulinite/clorite. ... 179
Fig. 6.27 Diagramas de caixa das variáveis mineralógicas: ilite, caulinite, expansivos e clorite (Max - máximo; Min - mínimo; PI - plataforma interna; PM - plataforma média; PE - plataforma externa e VCS - vertente continental superior)... 181
Fig. 6.28 Mapa de distribuição dos scores do factor 1. ... 184
Fig. 6.29 Mapa de distribuição dos scores do factor 2. ... 185
Fig. 6.30 Mapa de distribuição dos scores do factor 3. ... 185
Fig. 6.31 Mapa de distribuição dos scores do factor 4. ... 186
Fig. 6.32 Depósitos identificados na cobertura sedimentar da área de estudo [adaptado de Abrantes (1994) e Magalhães (1999)]... 187
Capítulo 7 Fig. 7.1 Variação da posição da frente polar nos últimos 20 000 anos (Ruddiman e McIntyre, 1981)... 201
Fig. 7.2 Curva de variação do nível médio do mar na plataforma continental setentrional portuguesa (Dias et al., 2000)... 202
Fig. 7.3 Modelo conceptual de dispersão dos sedimentos modernos da cobertura sedimentar entre os paralelos do Porto e do Cabo Mondego... 207 Fig. 7.4 Modelo conceptual de dinâmica sedimentar para a área de estudo (sem escala)... 213
Índice de Tabelas
Capítulo 3Tabela 3.1 Poderes reflectores adoptados. ... 25
Capítulo 4
Tabela 4.1 Valores mínimos e máximos dos níveis de sobreelevação observada entre 1986 e 1988 na costa oeste portuguesa (Gama et al., 1994)... 34 Tabela 4.2 Medições do caudal realizadas nos rios Caster, Gonde e Boco (Silva, 1994). ... 56 Tabela 4.3 Estimativas dos volumes transportados anualmente (103m3.ano-1) pelos rios Douro e
Mondego... 63
Capítulo 5
Tabela 5.1 Temperatura e precipitação registada na Estação Climatológica da Universidade de Aveiro nos dias de campanha... 77 Tabela 5.2 Associações de minerais argilosos estabelecidas nos sedimentos recentes da Ria de
Aveiro (Gomes e Delgado, 1991). ... 83 Tabela 5.3 Valores mínimos, máximos e médios de concentração de MPS (mg.l-1) registados ao
longo dos ciclos de maré amostrados (A – Verão; B – Inverno). ... 87 Tabela 5.4 Valores mínimos, máximos e médios de MPS (mg.l-1) registados na secção transversal
ao marégrafo de Aveiro. ... 91 Tabela 5.5 Mineralogia das amostras de MPS colhidas no Verão... 95 Tabela 5.6 Mineralogia das amostras de MPS colhidas no Inverno... 96 Tabela 5.7 Valores médios dos minerais na coluna de água durante o Verão (V) e o Inverno (I).. 97 Tabela 5.8 Mineralogia das amostras de MPS na secção do marégrafo. ... 102 Tabela 5.9 Concentração média de MPS nos rios Caster e Boco e nas valas de drenagem do Canal de Mira (ModelRia, 2003)... 135
Capítulo 6
Tabela 6.1 Estatística descritiva do conjunto de dados mineralógicos (em percentagem) referentes à plataforma interna (29 amostras/13 minerais)... 158 Tabela 6.2 Estatística descritiva do conjunto de dados mineralógicos (em percentagem) referentes à plataforma média (47 amostras/13 minerais)... 159 Tabela 6.3 Estatística descritiva do conjunto de dados mineralógicos (em percentagem) referentes à plataforma externa (75 amostras/13 minerais)... 159 Tabela 6.4 Estatística descritiva do conjunto de dados mineralógicos (em percentagem) referentes à vertente continental superior (30 amostras/12 minerais)... 159 Tabela 6.5 Resultados do teste Kolmogorov-Smirnov. ... 162 Tabela 6.6 Resultados da Análise Factorial (sem rotação) para o conjunto total de dados. ... 164
Tabela 6.7 Estatística descritiva dos minerais argilosos (em percentagem) referentes à plataforma interna. ... 180 Tabela 6.8 Estatística descritiva dos minerais argilosos (em percentagem) referentes à plataforma média. ... 180 Tabela 6.9 Estatística descritiva dos minerais argilosos (em percentagem) referentes à plataforma externa. ... 180 Tabela 6.10 Estatística descritiva dos minerais argilosos (em percentagem) referentes à vertente
continental superior... 180 Tabela 6.11 Resultados do teste Kolmogorov-Smirnov para os minerais argilosos... 182 Tabela 6.12 Resultados da Análise Factorial (sem rotação) para o conjunto total de dados... 183
Introdução
Os trabalhos efectuados sobre a dinâmica da cobertura sedimentar, em diferentes sectores da margem continental portuguesa, incluindo o troço Espinho – Cabo Mondego, têm sido baseados fundamentalmente no estudo das fracções grosseiras dos sedimentos (cascalho e principalmente areia). Na realidade, a análise composicional e granulométrica da areia, tipo textural mais abundante nos sedimentos superficiais das plataformas norte, sudoeste e algarvia, revelou-se de extrema importância na compreensão das características da dinâmica sedimentar actual e passada nos sectores estudados (p. ex. Dias, 1983, 1985, 1987; Dias e Nittrouer, 1984; Magalhães, 1993, 1999; Cascalho, 1993, 2000; Abrantes, 1994). Contudo, estudos recentes, desenvolvidos na plataforma a norte de Espinho (paralelo 41ºN), demonstram a importância das fracções finas, nomeadamente das associações mineralógicas que as caracterizam, como traçadores dos processos sedimentares actuais (Oliveira et al., 1999; Oliveira, 2001; Oliveira et al., 2002; Dias et al., 2002a, 2002b), à semelhança do verificado noutras plataformas à escala global (p. ex. Karlin, 1980; Chauhan e Gujar, 1996; Viscosi-Sirley et al., 2003; Hein et al., 2003).
É de salientar que os sedimentos actualmente debitados pelos sistemas estuarinos e lagunares para as plataformas continentais são constituídos sobretudo por partículas finas, transportadas em suspensão (Swift, 1976). Apesar destas partículas representarem, frequentemente, um componente menor dos sedimentos superficiais, a sua deposição, mais ou menos ocasional, durante o processo de transporte, define um padrão de distribuição mineralógico que poderá constituir uma importante ferramenta para identificar a proveniência, dispersão e deposição dos sedimentos finos fornecidos ao depositário da plataforma.
1.1 Objectivos
Tendo em conta a lacuna existente no conhecimento composicional das fracções granulométricas finas que integram os sedimentos superficiais não consolidados da plataforma e vertente
continental superior entre os paralelos de Espinho e do Cabo Mondego e reconhecendo as potencialidades que o estudo das associações mineralógicas presentes nas fracções finas podem ter na compreensão dos processos actuais da dinâmica sedimentar estabeleceu-se o plano de trabalhos que conduziu à presente dissertação.
Em termos de objectivos a atingir podem considerar-se dois vectores distintos. O primeiro, que diz respeito às potenciais contribuições sedimentares da Ria de Aveiro, único sistema estuarino-lagunar que drena directamente para a área de estudo, integra os seguintes objectivos:
Caracterizar a variabilidade espacial e temporal da concentração, da mineralogia e do nanoplâncton calcário da matéria particulada em suspensão (MPS);
Estimar os fluxos de MPS na embocadura;
Deduzir os processos actuais de dinâmica sedimentar.
O segundo vector, relacionado fundamentalmente com os sedimentos finos da plataforma e vertente continental superior entre Espinho e Aveiro, compreende:
Identificar os cortejos mineralógicos presentes nas fracções <63 µm e <2 µm; Estabelecer os padrões de distribuição dos minerais identificados;
Reconhecer as principais fontes sedimentares, os trajectos efectuados pelas partículas finas e os seus locais preferenciais de deposição;
Pormenorizar a caracterização dos depósitos sedimentares anteriormente identificados por Dias (1987), Abrantes (1994) e Magalhães (1999);
Integrar os dados relativos às características granulométricas e composicionais das fracções grosseiras e finas dos sedimentos e conjugar com a informação existente sobre os processos modernos de fornecimento e de distribuição de partículas na área de estudo de modo a complementar os estudos da dinâmica sedimentar actual e dum passado recente efectuados por Dias (1987), Abrantes (1994) Taborda (1999) e Magalhães (1999).
1.2 Estrutura do trabalho
O trabalho agora apresentado encontra-se organizado em oito capítulos. O capítulo 1, que corresponde à introdução, descreve os objectivos do estudo, a sua importância e a estrutura do trabalho.
O capítulo 2 aborda a importância dos sedimentos finos nos estudos das margens continentais, como traçadores de proveniência, dispersão/transporte e deposição e ainda a sua utilidade como indicadores paleoclimáticos e paleoceanográficos.
No capítulo 3 apresentam-se os materiais sobre os quais incidiu o trabalho (fracções <63 µm e <2 µm dos sedimentos de fundo da plataforma continental e vertente continental e matéria particulada em suspensão da Ria de Aveiro) e os métodos utilizados para a prossecução dos objectivos propostos (Difractometria de Raio X e observação ao microscópio petrográfico e à lupa binocular das partículas retidas nos filtros).
No capítulo 4 descrevem-se as características principais deste sector da margem continental portuguesa e da área emersa adjacente, bem como o regime climático e a circulação hidrológica na margem oeste ibérica.
No capítulo 5 é abordada a Ria de Aveiro, em termos de circulação hidrológica e da mineralogia dos sedimentos de fundo e das suspensões dos rios que drenam para a laguna, sendo o enfoque principal a apresentação e discussão dos resultados das campanhas efectuadas para caracterizar o comportamento sazonal da matéria particulada em suspensão. São também analisados os resultados do estudo dos nanoplâncton calcário presentes na coluna de água durante as marés vivas observadas e estimados os fluxos de água e de matéria particulada na embocadura da Ria de Aveiro. Apresenta-se ainda um modelo conceptual de dinâmica sedimentar actual para este sistema lagunar.
No capítulo 6 efectua-se a descrição dos cortejos mineralógicas das fracções <63 µm e <2 µm dos sedimentos de fundo da plataforma e da vertente continental superior e a interpretação dos padrões de distribuição dos minerais identificados, em termos de proveniência, dispersão e deposição preferencial. Com base nos resultados obtidos é feita a caracterização das fracções finas que integram os depósitos sedimentares aí existentes.
No capítulo 7 procura-se deduzir a dinâmica sedimentar actual e passada na área de estudo, a partir da distribuição das fracções finas e grosseiras dos sedimentos superficiais, sendo apresentado um modelo conceptual de dinâmica das partículas modernas. Discute-se também as perspectivas de evolução futura.
O capítulo 8 integra as principais conclusões extraídas dos estudos realizados, as limitações resultantes da metodologia adoptada e as propostas de investigação futuras.
Importância dos sedimentos finos em
estudos de margens continentais
2.1 Introdução
A cobertura sedimentar das margens continentais e dos fundos oceânicos integra uma componente lítica ou mineral constituída por partículas de natureza terrígena (provenientes da meteorização física e química das massas continentais e fornecidos ao oceano pelos cursos de água, pela erosão costeira, pelo vento e pelos glaciares) e por partículas autigénicas e uma componente biogénica (terrígena, alóctone, reelaborada, de produção primária e autigénica).
As características dos sedimentos terrígenos depositados numa margem continental reflectem largamente as condições climáticas prevalecentes, a geologia da área-fonte continental e os processos oceanográficos. Os sedimentos terrígenos grosseiros (cascalho e areia), transportados fundamentalmente como carga de fundo, depositam-se junto ao continente, enquanto as partículas mais finas (siltes e argilas), transportadas em suspensão, tendem a ser dispersas sob a acção de correntes. Durante o processo de transporte da matéria em suspensão parte do material fino pode depositar-se, passando a integrar (mais ou menos temporariamente) os depósitos das plataformas continentais.
Quando as áreas-fonte possuem litologias variadas, os sedimentos finos de proveniência distinta podem ser distinguidos através das suas associações de minerais argilosos. Com efeito, a pequena dimensão dos minerais argilosos torna-os susceptíveis à erosão, transporte e dispersão por diversos agentes, como o fluvial e o eólico, e ainda à erosão e transporte por correntes de fundo ou por movimentos gravitacionais (Ehrmann et al., 1992). Por outro lado, os minerais argilosos não são susceptíveis a transformações mineralógicas e químicas significativas durante o transporte e após a sua deposição em meio marinho. Esta resistência química permite a utilização destes minerais como traçadores de transporte de sedimentos finos. Assim, o padrão de
distribuição das fracções finas dos sedimentos e as associações dos minerais argilosos que as caracterizam têm sido amplamente utilizados em estudos de dinâmica sedimentar actual, como indicadores de proveniência, dispersão e deposição. Os minerais argilosos constituem ainda uma importante ferramenta em estudos paleoclimáticos, podendo também fornecer informações úteis sobre alterações indirectamente relacionadas com o clima, tais como as que afectam as correntes marinhas, as variações do nível do mar e a presença de massas de gelo no mar ou sobre o continente (Chamley, 1989).
O estudo da componente biogénica das fracções finas dos sedimentos superficiais tem evidenciado as potencialidades, nomeadamente, das associações de nanoplâncton calcário (cocolitóforos) e de diatomáceas como traçadores de massas de água específicas e como marcadores paleoambientais (paleoceanográficos e paleoclimáticos).
Tendo em conta que o presente trabalho assenta fundamentalmente sobre a mineralogia das fracções <63 µm e <2 µm dar-se-á seguidamente destaque à importância das associações de minerais argilosos em estudos de margens continentais.
2.2 Indicadores de proveniência, dispersão e transporte
As primeiras determinações de argilas em ambientes marinhos remontam ao final da década de 30 do século XX, com os trabalhos de Correns (1937, 1939 in Chamley, 1971). Este autor referiu a dominância de caulinite no Atlântico equatorial, de mica no Atlântico Norte e de esmectite no sector vulcânico de Cabo Verde e considerou existir independência entre o meio marinho e as argilas que aí ocorrem. Em 1941, Dietz explicou o aumento da ilite em relação à esmectite, nos grandes fundos, como o resultado da transformação da esmectite em ilite. Assim, desde os primeiros trabalhos efectuados, a origem das argilas marinhas foi interpretada com base em dois mecanismos distintos: herança e transformação (Chamley, 1971). Contudo, as transformações dos minerais argilosos, no meio marinho, constituem um fenómeno pouco generalizado e menos importante que a herança (Chamley, 1976), tratando-se geralmente de “cicatrizações” cristalinas (Millot, 1964; Dunoyer de Segonzac, 1969). Por outro lado, a formação autigénica dos minerais argilosos parece ser também um processo importante, mas relativamente localizado. A neoformação de esmectite, a partir de material vulcânico, tem sido largamente referida, como responsável pelo aumento deste mineral em certos sectores vulcânicos (p. ex. Goldberg, 1964; Biscaye, 1965). Note-se, ainda, que os minerais argilosos autigénicos fornecem informações sobre o ambiente de depósito, enquanto os herdados/detríticos permitem tirar ilações mais amplas que se alargam à área-fonte e aos processos de alteração, transporte e deposição (Rocha, 1993).
A analogia entre os minerais libertados pelas massas continentais e os depositados nos oceanos adjacentes veio demonstrar que a herança de minerais constitui o principal fenómeno
responsável pela sedimentação argilosa quaternária (p. ex. Millot, 1964; Biscaye, 1965). Tal facto é ainda apoiado pela distribuição dos minerais argilosos marinhos de acordo com a zonação climática mundial. As argilas libertadas no mar provêm essencialmente das alterações continentais, pelo que a natureza dos seus constituintes depende fortemente do clima (Millot, 1964). Com efeito, estudos detalhados e sistemáticos em sedimentos superficiais das margens continentais e dos fundos oceânicos revelam que a distribuição dos minerais argilosos é particularmente sensível a variações temporais e espaciais da geologia, ao tipo de meteorização a que estão sujeitas as massas continentais (p. ex. Biscaye, 1965; Kolla et al., 1976; Nair et al., 1982; Naidu e Mowatt, 1983; Stanley e Liyanage, 1986; Chamley, 1989; Weaver, 1989; Chauhan et al., 1992; Gingele et al., 2001a) e /ou à intensidade e direcção dos processos de transporte envolvidos (p. ex. Biscaye, 1965; Griffin et al., 1968; Naidu et al., 1995; Petschick et al., 1996). Assim, variações na abundância dos minerais argilosos constituem uma importante ferramenta para decifrar as áreas-fonte sedimentares e os vectores de transporte para uma determinada área (p. ex. Murty e Rao; 1989; Chauhan e Gujar, 1996; Bayhan et al., 2001; Oliveira et al., 2002). Entrando numa massa de água específica, os minerais argilosos da fracção fina podem ser advectados durante distâncias consideráveis e depositarem-se em zonas distantes da sua área-fonte inicial. Deste modo, as associações de minerais argilosos dos sedimentos oceânicos, cujas fontes sedimentares são significativamente diferentes e as condições climáticas contrastantes, têm-se revelado úteis como traçadores da extensão e progressão das massas de água (Petschick et al., 1996; Gingele et al., 2001a), quer à escala regional, quer ao nível da própria bacia oceânica.
Apesar de serem facilmente transportados pelas massas de água, a utilização dos minerais argilosos como marcadores de correntes em sedimentos das plataformas e vertentes continentais apresenta alguns constrangimentos. Tal facto resulta da dificuldade em determinar a origem das diferentes massas de água a partir das complexas associações de minerais argilosos, dos frequentes processos de deposição diferencial e dos efeitos de mistura de várias fontes sedimentares. Com efeito, a deposição diferencial é um fenómeno comum nas margens continentais e induz a segregação dos minerais argilosos, sendo responsável pelo transporte preferencial de esmectite e de argilas fibrosas (sepiolite e paligorsquite) para zonas mais afastadas da costa (Porrenga, 1966; Gibbs, 1977; Chamley et al., 1977). Chamley (1989) refere que em ambientes mais energéticos, as concentrações de esmectite tendem a aumentar em direcção ao largo devido a fenómenos de deposição selectiva ou à acumulação preferencial em ambientes profundos mais calmos.
A granulometria apresentada pelos minerais argilosos parece ser responsável pela segregação observada durante o processo de deposição, pelo que as partículas de esmectite, que estatisticamente apresentam menores dimensões, deverão ser transportadas para zonas mais distantes do que as partículas de caulinite e de ilite, as quais possuem maiores dimensões (Gibbs,
1977). Contudo, este mecanismo de segregação física não deve ser generalizado devido ao número de factores intervenientes, tais como: natureza e dimensão dos minerais argilosos; óxidos e matéria orgânica associados; presença de películas orgânicas; turbulência das águas e desagregação dos flóculos (McCave, 1984). Note-se que o tamanho das diferentes espécies de minerais argilosos pode ser muito variável, dependendo da natureza da área-fonte e de processos genéticos. Por outro lado, a elevada flutuabilidade apresentada pelas partículas de esmectite nem sempre corresponde a uma dimensão reduzida, mas pode resultar da sua forma lamelar e da sua baixa densidade devido à elevada adsorção de água (Chamley, 1989). A agregação de minerais argilosos e de outros minerais por matéria orgânica amorfa constitui um fenómeno bastante comum nas plataformas continentais, ocasionando a rápida deposição das partículas terrígenas.
Não obstante estes constrangimentos, a utilização de minerais argilosos como traçadores de correntes nas margens continentais tem sido efectuado em zonas onde a geologia das massas continentais adjacentes apresenta grandes diferenças petrográficas, como acontece, por exemplo, no Alasca (Hein et al., 1979; Naidu et al., 1982; Naidu e Mowatt, 1983), na Sibéria (Viscosi-Sirley et al., 2003), no W de Ilha do Norte - Nova Zelândia (Hume e Nelson, 1986) ou no sector norte do Golfo do México (Doyle e Sparks, 1980).
A importância dos minerais argilosos como indicadores de proveniência e de transporte tem sido igualmente realçada em trabalhos realizados em margens sujeitas a condições de elevado hidrodinamismo, referindo-se, como exemplo, alguns estudos efectuados nas margens ocidentais americana, indiana e ibérica.
Karlin (1980), combinando os resultados da análise dos minerais argilosos dos sedimentos superficiais da margem continental de Oregon (NE do Oceano Pacífico) com as estimativas dos fluxos sedimentares do continente, determinou as relações entre as principais fontes sedimentares e o padrão de dispersão dos sedimentos finos (Fig. 2.1). A distribuição dos minerais argilosos nos sedimentos superficiais sugere que a deposição dos sedimentos finos na plataforma continental de Oregon é controlada por factores meteorológicos (de carácter sazonal) e oceânicos, tais como picos de descarga fluvial, temporais de Inverno e upwelling costeiro de Verão. Argilas ricas em esmectite encontradas nos canhões submarinos apontam para que grande parte dos sedimentos debitados pelo Rio Columbia seja transportada para zonas profundas.
Hein et al. (2003) estudaram a fracção argilosa dos sedimentos superficiais da plataforma continental do sul da Califórnia para determinar as fontes sedimentares e os padrões de dispersão dos sedimentos finos. A maior parte dos sedimentos é fornecida à plataforma durante os temporais de Inverno, especialmente nos anos de ocorrência do El Niño, sendo os maiores fluxos sedimentares provenientes dos rios Santa Clara e Santa Ynez. Com base nos conteúdos médios dos minerais argilosos, os autores distinguiram quatro províncias e inferiram o trajecto efectuado pelas partículas finas em cada província.
Fig. 2.1 Distribuição da clorite (A) e da esmectite (B) nos sedimentos superficiais da costa de Oregon. Padrões de transporte no Inverno (C) e no Verão (D) inferidos a partir da distribuição dos minerais argilosos (Karlin, 1980).
Na margem ocidental da Índia, os resultados da análise mineralógica da fracção argilosa dos sedimentos superficiais (Rao e Rao, 1995) indicam a proveniência de sedimentos de três áreas-fonte principais (Rio Indus, Planalto Basáltico do Decão e da Província Gnaissica). Os sedimentos ricos em minerais argilosos transitam da plataforma externa, entre o Golfo de Cambay e Goa, devido às elevadas condições energéticas do meio. Entre Goa e Cochin a distribuição dos minerais argilosos indica transporte para o largo dos sedimentos finos. O efeito do Rio Indus diminui de norte para sul e é insignificante na margem continental SW. As correntes de norte associadas com as monções exercem pouca influência na distribuição dos sedimentos pois a descarga sedimentar dos rios é limitada durante esta estação (Rao e Rao, 1995).
Chauhan e Gujar (1996) estudaram os minerais argilosos na margem continental sudoeste da Índia, tendo concluído que a maior parte da área de estudo recebe sedimentos derivados das fontes continentais adjacentes. O regime altamente energético da plataforma continental impede a deposição de partículas detríticas (<45 µm) nesse sector. Na vertente continental, o padrão de distribuição dos minerais argilosos (esmectite, caulinite e gibsite), confirma o transporte para o largo dos sedimentos e a contribuição da Península da Índia.
Na plataforma noroeste ibérica (a norte do paralelo 41ºN), a distribuição dos minerais argilosos (ilite, caulinite, clorite e esmectite) na camada superficial da cobertura sedimentar (Oliveira et al., 2002) reflecte a contribuição dos rios e o regime de agitação marítima. Os depósitos que não são directamente influenciados pelos débitos fluviais apresentam elevados conteúdos em ilite, enquanto os que recebem o fornecimento directo dos rios apresentam os teores de caulinite mais elevados. A clorite, mineral pouco abundante, ocorre principalmente na plataforma interna. Os resultados obtidos sugerem ainda que as Rias galegas não debitam quantidades significativas de partículas terrígenas, sendo o Rio Douro a principal fonte sedimentar. Durante os temporais de Inverno, em condições de downwelling, as partículas finas depositadas na plataforma média (abaixo dos 60 m) são ressuspensas e advectadas para norte, para a plataforma da Galiza, ou para o largo (Oliveira et al., 2002). Ainda na margem oeste ibérica, mas relacionada com a origem das esmectites presentes nos sedimentos superficiais, Belzunce-Segarra et al. (2002) admitem a origem autigénica destes minerais e sugerem que estes podem ser um importante percursor mineral no processo de glauconitização difusiva não granular.
2.3 Indicadores paleoclimáticos e paleoceanográficos
A distribuição recente das associações de minerais argilosos nos oceanos, combinada com os registos de sondagens, tem sido utilizada como indicador paleoclimático e paleoceanográfico (Robert, 1980; Diekmann et al., 1996; Gingele e Leipe, 1997).
De acordo com Singer (1980), a utilização dos minerais argilosos como indicadores paleoclimáticos assenta em cinco pressupostos principais: 1) a formação dos minerais argilosos está relacionada com certos parâmetros climáticos, tais como a pluviosidade e a temperatura; 2) uma vez formados, os minerais permanecem estáveis se as condições climáticas permanecerem inalteráveis e não ocorrerem perturbações tectónicas; 3) as associações de minerais argilosos evoluem de um modo gradativo ao longo do perfil de meteorização; 4) os minerais argilosos são estáveis após a formação, deposição e soterramento e 5) os minerais argilosos apresentam sensibilidade uniforme às alterações ambientais. Apesar de todos estes pressupostos apresentarem limitações (Singer, 1980, 1984; Gálan, 1986; Gomes, 1988), os minerais argilosos podem constituir importantes marcadores paleoclimáticos em séries sedimentares que tenham experimentado um soterramento inferior a 2-3 km e que não tenham estado sujeitas a impactos vulcano-hidrotermais significativos (Chamley, 1989).
Os minerais argilosos reflectem fundamentalmente a intensidade da meteorização, e em especial a hidrólise nas massas continentais adjacentes às bacias oceânicas (Chamley, 1989). Assim, a distribuição dos diferentes minerais argilosos nos oceanos actuais apresenta um padrão que reflecte fortemente a zonação pedogénica e as condições climáticas das massas continentais
adjacentes (Biscaye, 1965; Griffin et al., 1968; Windom, 1976). Os minerais argilosos ilite e clorite são geralmente abundantes a latitudes elevadas (Fig. 2.2 e Fig. 2.3) e resultam da meteorização física de rochas metasedimentares e plutónicas (Chamley, 1989).
Fig. 2.2 Distribuição percentual da clorite na fracção argilosa dos sedimentos superficiais dos oceanos (Windom, 1976).
Fig. 2.3 Distribuição percentual da ilite na fracção argilosa dos sedimentos superficiais dos oceanos (Windom, 1976).
A clorite é provavelmente o mineral argiloso mais alterável e daí a sua ocorrência em quantidades significativas apenas em regiões onde a meteorização química é muito reduzida (Weaver, 1989). Contrariamente, a ilite é relativamente resistente à meteorização.
A caulinite forma-se por meteorização química, em solos de regiões quentes e húmidas, de baixa latitude (Fig. 2.4) (Griffin et al., 1968; Chamley, 1989; Weaver, 1989).
Fig. 2.4 Distribuição percentual da caulinite na fracção argilosa dos sedimentos superficiais dos oceanos (Windom, 1976).
A esmectite pode constituir um bom indicador de sedimentos derivados de rochas vulcânicas. O aumento de esmectite em certas zonas vulcânicas do Atlântico equatorial, do oceano Índico e sobretudo no sul Pacífico está relacionado com a neoformação deste mineral a partir de material vulcânico (Fig. 2.5) (Goldberg, 1964; Biscaye, 1965). Contudo, minerais de esmectite são debitados pelos rios e pela escorrência costeira, desde as baixas às elevadas latitudes e provêm de vários tipos de solos e de rochas sedimentares e magmáticas (Chamley, 1989).
Interestratificados irregulares, minerais de vermiculite e esmectites mal cristalizadas caracterizam principalmente regiões temperadas, enquanto esmectites Al-Fe bem cristalizadas formam-se em solos mal drenados de regiões áridas quentes.
Esta zonação derivada do clima e do solo é particularmente evidente nos sedimentos do Oceano Atlântico. Contudo, o clima constitui apenas um dos factores responsáveis pela distribuição dos minerais terrígenos. A geologia das massas continentais adquire maior importância nas regiões submetidas essencialmente a meteorização física, onde teoricamente, todas as espécies minerais das rochas aflorantes podem ser removidas por erosão e transportadas para o oceano (Chamley, 1989). Outros factores que podem perturbar a zonação de minerais argilosos original são o
transporte por correntes ao longo da costa e a longa distância que percorrem desde a área-fonte continental (Chamley, 1989).
Fig. 2.5 Distribuição percentual da esmectite na fracção argilosa dos sedimentos superficiais dos oceanos (Windom, 1976).
A interpretação climática dos minerais argilosos baseia-se principalmente na variação da cristalinidade da ilite e na abundância relativa de esmectite e de outros minerais expansivos. Com efeito, estudos efectuados por Chamley (1967, 1971) em diferentes cores do Mediterrâneo NW revelaram uma correlação entre a largura a meia altura do máximo de difracção da ilite, reflexão (001), e a abundância de foraminíferos planctónicos e pterópodes de água quente/fria. Assim, os níveis mais enriquecidos em fauna planctónica característica de água quente mostravam uma relativa diminuição da cristalinidade da ilite, enquanto os níveis mais ricos em espécies típicas de água fria apresentavam um aumento da cristalinidade da ilite, da esmectite e da clorite, bem como uma maior abundância de clorite. Tal facto levou, Chamley (1967, 1971), a considerar que períodos de águas relativamente quentes, no mar, e de fortes condições de hidrólise, no continente (elevada pluviosidade e temperatura), são responsáveis pela degradação da ilite e formação de caulinite e esmectite (Fig. 2.6). Ao invés, condições de baixas temperaturas e fraca pluviosidade parecem ter prevalecido durante períodos caracterizados por águas relativamente frias, levando à preservação no continente das ilites, bem cristalizadas, das esmectites e das clorites. Estes parâmetros têm aplicabilidade na reconstrução de variações climáticas principalmente em zonas de média latitude, devendo nos outros locais ser complementada/substituída por outros índices mineralógicos (ratios de cristalinidade) ou pela variação relativa da abundância de diferentes minerais argilosos (Chamley, 1989).
Fig. 2.6 Dados sedimentológicos e mineralógicos de sedimentos quaternários do Mediterrâneo Noroeste
(core 1MO67). I – Ilite; S – Esmectite; C – Clorite; K – Caulinite; as setas indicam um aumento da
abundância relativa ou uma melhoria da cristalinidade (Chamley, 1971).
A utilização dos minerais argilosos como marcadores paleoclimáticos torna-se particularmente importante quando conjugada com informações provenientes de outros indicadores como a fauna e a flora marinha e os isótopos de oxigénio. Contudo, na ausência de tais indicadores ou quando estes se apresentam modificados, os minerais argilosos constituem uma ferramenta valiosa nos estudos paleoclimáticos.
As associações de minerais argilosos podem também ser utilizadas como marcadores de paleocorrentes, tal como o são para as massas de água actuais. Investigações paleoceanográficas baseadas no estudo de minerais argilosos têm sido efectuadas nomeadamente no mar Mediterrâneo (p. ex. Maldonado e Stanley, 1981) e no Atlântico Sul (p. ex. Robert et al., 1988; Diekmann et al., 1996; Gingele et al., 2001b).
A importância dos minerais argilosos como traçadores de massas de água oceânica é favorecida pela presença, na coluna de água, de matéria particulada em suspensão (Kennett, 1982). De um modo geral, as maiores concentrações de matéria ocorrem na camada nefelóide de fundo, que integra partículas mantidas em suspensão pela constante erosão e redeposição e transportadas de zonas mais ou menos distantes.
Se a distribuição dos minerais argilosos nos sedimentos de fundo for bem conhecida e estiver relacionada com o regime de correntes, alterações no padrão das argilas em sedimentos de cores podem ser utilizadas para deduzir a intensidade e a direcção das paleocorrentes (Gingele e
De Deckker, 2003). Variações na actividade das correntes induzem modificações nas associações mineralógicas, que são da mesma ordem de grandeza das variações resultantes das alterações climáticas.
Capítulo 3
Material e métodos
O domínio de estudo abrange um sector da margem ocidental da Península Ibérica (Fig. 3.1), limitado a norte pelo paralelo 40º 58’N (Espinho) e a sul pelo paralelo 40º 10’N (Cabo Mondego) e a laguna costeira adjacente, vulgarmente conhecida por Ria de Aveiro.
Fig. 3.1 Localização da área de estudo.
No presente trabalho foram estudadas amostras da cobertura sedimentar da margem continental e analisados os sedimentos em suspensão no sistema estuarino-lagunar.
3.1 Amostragem na margem continental
Os sedimentos superficiais não consolidados da margem continental entre os paralelos de Espinho e do Cabo Mondego foram colhidos entre 1988 e 1993, a bordo dos navios hidrográficos NRP
“Almeida Carvalho”, NRP “Auriga”, NRP “Andrómeda” e NRP “Sicandra”, no âmbito do programa SEPLAT, promovido pelo Instituto Hidrográfico, que visava a cartografia da cobertura sedimentar da plataforma continental portuguesa. A amostragem foi efectuada entre a zona litoral e a vertente continental superior. Na colheita das amostras foram utilizados colhedores do tipo Smith-McIntyre, Shipeck e Van Veen. As amostras analisadas (N=181) encontram-se dispostas em 16 fiadas paralelas entre si e quase perpendiculares à linha de costa (Fig. 3.2).
Aveiro Cabo Mondego Canhã o de Aveiro 50 100 150 41º 40º 30' 8º 40' 9º 50' Espinho Ria de Aveiro Rio Vouga 020000400006000080000 0 20km Rocha Amostras
Fig. 3.2 Mapa de amostragem da plataforma e vertente continental superior.
3.2 Campanhas na Ria de Aveiro
A recolha dos sedimentos em suspensão na Ria de Aveiro foi efectuada ao longo de oito ciclos de maré de Verão (11,13, 20 e 21 de Setembro de 2001) e de Inverno (13,15, 20 e 21 de Fevereiro de 2002) em regimes de marés vivas e marés mortas. Com o objectivo de caracterizar os fluxos de enchente e de vazante, a amostragem foi efectuada com intervalos de duas horas relativamente à preia-mar/baixa-mar prevista.
As amostras, sempre que a profundidade o permitiu, foram colhidas à superfície, a meia-água e a 1 m do fundo, com garrafa de Van Dorn (capacidade de 4,5 l), utilizando uma embarcação (Zoé) do Departamento de Biologia da Universidade de Aveiro.
A amostragem (Fig. 3.3 A) foi efectuada junto à embocadura da laguna (Barra – estação 1) e nos canais de S. Jacinto (Bico do Pargal e Muranzel – estações 2 e 3, respectivamente), de Mira (Forte da Barra – estação 4), de Ílhavo (Ponte da Friopesca – estação 6) e do Espinheiro (Rebocho e Parrachil – estações 5 e 7, respectivamente). A selecção dos locais de amostragem teve como condicionantes os recursos logísticos e a navegabilidade dos canais.
No sentido de obter mais informação acerca das potenciais trocas entre o sistema lagunar e a plataforma, realizaram-se mais duas campanhas de colheita de água numa secção transversal ao marégrafo de Aveiro, a este da estação 1 (Fig. 3.3 B).
A 510000 520000 530000 540000 UTM (m) 4490000 4500000 4510000 4520000 UT M ( m ) AVEIRO OC EA NO ATL ÂN TIC O C . M ir a C. S .Jac into C. Í lha vo 1 2 3 4 5 6 7 C. E spin heiro R. V oug a R. Antuã Local de amostragem B 521000 521400 521800 UTM (m) 4499 500 4500000 UT M (m ) MC OC EA NO A TLÂ NTI CO MN MS Local de amostragem
Fig. 3.3 A – Localização das estações de amostragem na Ria de Aveiro; B – Transecto do marégrafo e respectivos locais de amostragem.
A amostragem foi efectuada ao longo de um ciclo de maré viva (26.06.2002) e um de maré morta (4.07.2002). Em cada ciclo de maré as colheitas foram realizadas em quatro fases da maré, com intervalos de 3 horas aproximadamente, incluindo a preia-mar e a baixa-mar. À semelhança das campanhas anteriores, a água foi colhida à superfície, a meia-água e a um metro do fundo em três pontos da secção [junto ao molhe norte (MN), a meio do canal (MC) e junto ao marégrafo (MS)].
3.3 Tratamento laboratorial
O tratamento laboratorial das amostras foi efectuado no Departamento de Geociências da Universidade de Aveiro, tendo-se utilizado, na preparação para análise mineralógica, a metodologia aí adoptada.
A composição mineral dos sedimentos foi obtida por Difracção de Raio X. Esta técnica analítica que, de acordo com Gomes (1988), fornece informações mais amplas, precisas e detalhadas no que se refere à qualificação, caracterização e quantificação dos minerais cristalinos, não sendo destrutiva permite vários tipos de preparação e de tratamento dos espécimes. Utilizando radiação monocromática torna-se possível determinar as distâncias interplanares das estruturas dos minerais, por recurso à lei de Bragg, e deste modo efectuar a sua identificação.
O estudo mineralógico da fracção argilosa (<2 µm) efectuou-se em montagens que privilegiam a orientação dos cristais segundo os planos basais - “agregados orientados”. Este processo cria um modelo de difracção mais intenso do que o normal para partículas de dimensão extraordinariamente pequena. A orientação produz um “pseudo-macrocristal” que difracta como se milhares de cristalitos se tornassem num cristal de grande dimensão (Velde, 1992). A incorporação de moléculas polares (como o glicerol), que modificam o espaçamento basal dos minerais expansivos, e o recurso a tratamentos térmicos (aquecimento a 300 e 500ºC) permitem uma definição mais precisa dos minerais argilosos existentes.
Na mineralogia da fracção <63 µm utilizaram-se preparações de “agregados não orientados” que permitem determinar outros máximos de difracção para além das séries basais (001). Como as argilas têm tendência natural para se orientarem, dando fracas reflexões (hkl), os agregados não orientados revelam-se adequados para a identificação e quantificação de espécies minerais não argilosas.
3.3.1 Extracção da fracção fina e argilosa dos sedimentos de fundo
A separação da fracção fina (silte+argila) das amostras de sedimentos de fundo efectuou-se por peneiração (crivo de malha 63 µm) em meio húmido, com água destilada, tendo a dispersão sido realizada mecanicamente e com ultra-sons. As amostras do separado obtido foram secas em estufa, à temperatura de 60ºC.
A fracção argilosa (<2 µm) foi obtida por sedimentação e de acordo com a lei de Stokes. Tomas de 2 a 8 gramas da fracção <63 µm, desagregada por moagem em almofariz de porcelana, foram previamente submetidas a sucessivas lavagens (água destilada) e centrifugações a fim de remover os sais solúveis que, estando presentes, poderiam causar a floculação das partículas argilosas. Após eliminação dos sais, prepararam-se suspensões em que a concentração dos sólidos
