A Fonte
[PT] Hidrogeologia em ilhas
As rochas vulcânicas ocupam menos de 1% da superfície terrestre, o que faz com que sejam um dos tipos litológicos menos representativos. Contudo, cerca de 10% da população mundial reside em regiões vulcânicas, muitas vezes nas imediações de centros eruptivos ativos, o que coloca desafios a várias disciplinas das ciências geológicas, e nomeadamente à hidrogeologia. São exemplos destes territórios, as numerosas ilhas vulcânicas disseminadas pelo globo. No território nacional, arquipélagos como os Açores e a Madeira evidenciam a importância da água subterrânea em meios insulares de origem vulcânica. Na ilha da Madeira estima-se que são captados cerca de 56.000x103 m3/ano, dos quais cerca de 33% é proveniente de aquíferos, valor que se afigura subavaliado.
A composição da água subterrânea em regiões vulcânicas depende, como numa área dominada por qualquer outra litologia, de uma série de fatores como, entre outros, o conteúdo da água da chuva, o tempo de residência e o tipo de rocha do aquífero. A contribuição da dissolução de minerais primários das rochas vulcânicas é geralmente limitada nos aquíferos da Madeira. A ocorrência de águas minerais em regiões vulcânicas é frequente, quer em função de processos eruptivos em curso, quer em vulcões ativos em estado de dormência. Na ilha da Madeira estas manifestações são raras.
Zonas de Recarga
Tratam-se de zonas em que existe infiltração de águas, principalmente de chuva ou de precipitação oculta (nevoeiros). As principais zonas de recarga situam-se nas zonas mais altas da ilha, principalmente nas zonas de menor declive, onde a precipitação atinge valores elevados e as formações vulcânicas são mais recentes e, em geral, mais permeáveis, como é o caso, entre os mais importantes, do planalto do Paul da Serra, Santo da Serra e área compreendida entre o Chão dos Balcões/ Poiso/ João do Prado. Nas zonas de recarga, o fluxo é não saturado, predominantemente descendente, criando localmente aquíferos suspensos associados a níveis impermeáveis que, em certas condições morfológicas e estruturais favoráveis, originam nascentes. A partir de uma certa profundidade entra-se na zona saturada, corpo lenticular de água doce, limitado, superiormente, por uma superfície freática e, inferiormente (com o mar), por uma interface, cuja posição depende da configuração da superfície freática. O fluxo saturado é divergente, do centro para a periferia da ilha, originando, com frequência, nascentes submarinas de água doce.
Desta maneira, na ilha da Madeira, observam-se dois sistemas de aquíferos:
- Aquíferos Suspensos
Existência de aquíferos suspensos situados em altitude, em relação com níveis pouco permeáveis ou impermeáveis, nomeadamente tufos, escoadas argilificadas, níveis de cozimento em paleossolos ou basaltos alterados e depósitos freatomagmáticos. Estes aquíferos, por sua vez, podem ser subdivididos em superficiais e profundos. Os primeiros, situados a cotas mais elevadas, caracterizam-se por águas mais frias, pouco mineralizadas (condutividades entre 33 e 62 μS/cm), com pH ácidos e por possuírem fácies frequentemente cloretadas. São muito vulneráveis às variações do clima, variando os seus caudais, ao longo do ano hidrológico, consoante a recarga, chegando mesmo, alguns deles, a esgotar. Os aquíferos suspensos profundos, situados, ainda, no domínio de altitude, encontram-se a cotas mais baixas, possuindo circuitos subterrâneos superiores, de onde resultam águas um pouco mais mineralizadas e pH mais elevados do que os anteriores, sendo os seus caudais menos sensíveis às variações do clima.
- Aquífero de Base
Apesar das heterogeneidades e descontinuidades que caracterizam os meios vulcânicos, existe na Madeira, a partir de uma certa profundidade, um nível de saturação regional ou aquífero de base com características distintas em função do complexo vulcânico presente. Assim, em materiais do Complexo Vulcânico Principal, o aquífero caracteriza-se, em geral, por elevadas transmissividades que vão desde 1000 a 25000 m2/d (a transmissividade representa a capacidade do aquífero para ceder água, indica a sua produtividade), gradientes piezométricos baixos, desde 0,0003 a 0,0064 (indicadores de elevada permeabilidade do meio), e águas medianamente mineralizadas com condutividades entre 100 e 500 μS/cm (sinónimo de percursos subterrâneos rápidos). As captações efetuadas em formações deste complexo vulcânico são bastante produtivas, como é o caso das galerias das Rabaças, do Rabaçal, do Porto Novo, Fontes Vermelhas e do túnel da levada do Seixal e nº4 dos Tornos. Por outro lado, em formações do Complexo Vulcânico Antigo, na maioria, muito alteradas, onde se encontram basaltos já argilificados e piroclastos transformados em tufos, por serem as formações mais antigas existentes na ilha, o aquífero caracteriza-se por transmissividades mais baixas, 17 a 2263 m2/d (indicadoras de baixas produtividades), águas, em geral, bastante mais mineralizadas (condutividades que chegam a atingir 3300 μS/cm) e gradientes piezométricos mais elevados (indicam menor permeabilidade), razão pela qual as captações são muito pouco produtivas, como é o caso da galeria do Cidrão, do túnel da Encumeada, dos túneis dos “Fins Múltiplos dos Socorridos”, etc,.
A ligação entre a zona litoral saturada e a zona saturada do domínio de altitude que define o aquífero de base faz-se através de um aumento rápido do gradiente desde o litoral para o centro do maciço, devido às seguintes circunstâncias:
1. As formações vulcânicas tornam-se cada vez menos permeáveis para o interior da ilha (formações mais antigas);
2. existência de uma formação sedimentar impermeável, espessa e extensa, o Depósito Conglomerático Bréchoide;
3. a quantidade de filões aumenta progressivamente para o interior do edifício vulcânico contribuindo para a diminuição da sua permeabilidade horizontal;
4. e, ainda, pelo facto de a recarga ocorrer, predominantemente, nas zonas altas e planas do interior da ilha.
Modelo hidrogeológico para a ilha da Madeira.
Earthcache A Fonte
Esta Earthcache situa-se na Praia das Fontes, localizada na freguesia de Gaula, Concelho de Santa Cruz. Para aceder à praia terá que descer uma vereda até à praia de calhau (praia não vigiada). Lá, encontrará uma fonte (nascente). Aí, terá que responder às questões colocadas.
As nascentes podem ser divididas em tipos ou classes diferentes com base em várias características. Por exemplo, podem ser classificadas de acordo com o tipo de formação geológica de onde provêm, tais como nascentes de calcário ou nascentes de rocha magmática ou a localização da emergência da nascente em relação ao litoral (nascentes interiores, costeiras, submarinas). Podem ser classificadas de acordo com a quantidade de água descarregada (de primeira, segunda, etc., magnitude), a temperatura da água (quente, morna ou fria) ou as forças que causam as nascentes (gravidade ou fluxo artesiano).
Critérios de classificação de uma nascente
De seguida são descritos alguns dos muito critérios de classificação de uma nascente.
• Descarga média da nascente. Pode ser classificada em ordens de magnitude, baseado na escala de Meinzer (1927), como é possível observar na seguinte tabela:
• Regime de descarga (nascentes perenes, sazonais, intermitentes). As nascentes se enquadram em três classificações gerais: perenes (nascentes que fluem constantemente durante o ano); intermitente (nascentes temporárias que ficam ativas após as chuvas ou durante certas mudanças sazonais); e periódicos (como em geiseres que vazam e entram em erupção em intervalos regulares ou irregulares).
• Temperatura da água (nascentes frias, quentes, termais, etc…). Nascentes frias: são nascentes cuja temperatura da água está abaixo de 20°C. Nascentes quentes: A temperatura da água está entre 20°C e 35°. Nascentes termais: São nascentes cuja temperatura da água é muito mais quente que a temperatura ambiente da rocha ou do solo circundante, normalmente acima de 35°C. Nascentes de ebulição: São nascentes cuja temperatura da água é igual ou próxima ao ponto de ebulição, geralmente 100°C.
• Localização da emergência em relação ao litoral (nascentes interiores, costeiras, submarinas).
A sua tarefa para esta EarthCache é observar os diferentes elementos perto da nascente, nas coordenadas dadas. Procure sinais zonas de impermeabilização na rocha para que haja fluxo de água subterrânea para a formação desta nascente. Adicionalmente terá algumas tarefas de campo a realizar.
Material necessário para responder corretamente à pergunta 3
- Contentor (garrafa, copo de medição, proveta!) do qual saiba a sua capacidade (0,5L; 1,0L; 1,5L; 2,0L). Quando acabar a tarefa, por favor não o deixe no local. Leve-a consigo.
- Cronómetro. Os telemóveis costumam ter!
Cronometre o tempo que demora a encher a garrafa que levou, com a água da nascente.
Aplique a seguinte fórmula para obter a quantidade de água que sai da nascente por minuto.
Para reclamar esta EarthCache, responda às seguintes questões:
1 - Virado para a nascente, do seu lado direito existe uma formação geológica com uma cor distinta. De que se trata? A sua localização indica uma zona de infiltração ou de impermeabilização?
2 -Qual o tipo de aquífero estará na génese desta nascente?
3 -Qual é a ordem de magnitude de descarga desta nascente?
4- Como classifica esta nascente quanto ao seu regime de descarga?
5- Como classifica a água que sai desta nascente quanto à temperatura?
Requisitos de registo: Para reivindicar o crédito desta EarthCache, envie por e-mail as suas respostas às perguntas acima para o proprietário da cache e inclua uma fotografia sua no local da nascente no log da cache. Por favor, não poste suas respostas no seu log.
[EN] Hydrogeology on islands
Volcanic rocks occupy less than 1% of the earth's surface, which makes them one of the least representative lithological types. However, about 10% of the world's population lives in volcanic regions, often in the vicinity of active eruptive centres, which poses challenges to various disciplines of geological sciences, and in particular, to hydrogeology. Examples of these territories are the numerous volcanic islands spread across the globe. In national territory, archipelagos such as the Azores and Madeira highlight the importance of groundwater in island environments of volcanic origin. On the island of Madeira, it is estimated that around 56,000x103 m3/year are abstracted, of which around 33% comes from aquifers, a value that seems to be underestimated.
The composition of groundwater in volcanic regions depends, as in an area dominated by any other lithology, on a series of factors such as, among others, the content of rainwater, residence time and the type of rock in the aquifer. The contribution of dissolution of primary minerals from volcanic rocks is generally limited in Madeira aquifers.
The occurrence of mineral waters in volcanic regions is frequent, either as a result of ongoing eruptive processes or in active volcanoes in a state of dormancy. On the island of Madeira these manifestations are rare.
Recharge Zones
These are areas where there is water infiltration, mainly rain or hidden precipitation (fog). The main recharge zones are located in the highest areas of the island, mainly in areas with a lower slope, where precipitation reaches high values and volcanic formations are more recent and, in general, more permeable, as is the case between the most important, from the plateau of Paul da Serra, Santo da Serra and the area between Chão dos Balcões/ Poiso/ João do Prado. In the recharge zones, the flow is unsaturated, predominantly descending, locally creating suspended aquifers associated with impermeable levels that, under certain favourable morphological and structural conditions, originate springs. After a certain depth, the saturated zone enters, a lenticular body of fresh water, limited, superiorly, by a phreatic surface and, inferiorly (with the sea), by an interface, whose position depends on the configuration of the phreatic surface. The saturated flow is divergent, from the centre to the periphery of the island, often originating freshwater underwater springs.
In this way, on the island of Madeira, there are two aquifer systems:
- Suspended Aquifers
Existence of suspended aquifers located at altitude, in relation to poorly permeable or impermeable levels, namely tuffs, clayey drains, cooking levels in paleosols or altered basalts and phreatomagmatic deposits. These aquifers, in turn, can be subdivided into superficial and deep. The former, located at higher elevations, are characterized by colder, less mineralized waters (conductivities between 33 and 62 μS/cm), with acidic pH and by having frequently chlorinated facies. They are very vulnerable to climate variations, varying their flows throughout the hydrological year, depending on recharge, and some of them even run out. The deep suspended aquifers, still located in the altitude domain, are found at lower levels, having superior underground circuits, which result in slightly more mineralized waters and higher pH than the previous ones, with their flows being less sensitive to climate variations.
- Base Aquiferes
In spite of the heterogeneities and discontinuities that characterize the volcanic environments, there is in Madeira, from a certain depth onwards, a regional saturation level or base aquifer with distinct characteristics depending on the volcanic complex present. Thus, in materials from the Main Volcanic Complex, the aquifer is characterized, in general, by high transmissivities ranging from 1000 to 25000 m2/d (transmissivity represents the ability of the aquifer to yield water, indicating its productivity), piezometric gradients low, from 0.0003 to 0.0064 (indicators of high permeability of the medium), and moderately mineralized water with conductivities between 100 and 500 μS/cm (synonymous with fast underground routes). The captures carried out in formations of this volcanic complex are very productive, as is the case of the galleries of Rabaças, Rabaçal, Porto Novo, Fontes Vermelhas and the tunnel of the levada of Seixal and nº4 of Tornos. On the other hand, in formations of the Ancient Volcanic Complex, most of which are very altered, where one can find clayey basalts and pyroclasts transformed into tuffs, as they are the oldest existing formations on the island, the aquifer is characterized by lower transmissivities, 17 at 2263 m2/d (indicators of low productivity), waters, in general, much more mineralized (conductivities that reach 3300 μS/cm) and higher piezometric gradients (indicating less permeability), which is why abstractions are very low productive areas, such as the Cidrão gallery, the Encumeada tunnel, the “Fins Múltiplos dos Socorridos” tunnels, etc.
The connection between the saturated coastal zone and the saturated zone of the altitude domain that defines the base aquifer is made through a rapid increase in the gradient from the coast to the centre of the massif, due to the following circumstances:
1. Volcanic formations become less and less permeable towards the interior of the island (older formations);
2. existence of an impermeable, thick and extensive sedimentary formation, the conglomeratic deposit rift;
3. The number of veins progressively increases towards the interior of the volcanic edifice, contributing to the decrease of its horizontal permeability;
4. and also due to the fact that recharge occurs predominantly in the high and flat areas of the interior of the island.
Hydrogeological model for the island of Madeira.
Earthcache A Fonte
This Earthcache is located at Praia das Fontes, located in the parish of Gaula, in the municipality of Santa Cruz. To access the beach, you will have to go down a path of many stairs to the pebble beach (non-supervised beach). There, you will find a fountain (spring). At this site, you will have to answer the questions.
Springs can be divided into different types or classes based on various characteristics they possess. For example, they can be classified according to the type of geological formation from which they come, such as limestone springs or magmatic rock springs or the location of the source's emergence in relation to the coast (inland, coastal, underwater springs). They can be classified according to the amount of water discharged (large or small; or of first, second, etc., magnitude), the temperature of the water (hot, warm, or cold) or the forces that cause the springs (gravity or flow artesian).
Classification criteria for a spring
Below are described some of the many criteria for classifying a spring.
• Average discharge from the source. It can be classified in orders of magnitude, based on the Meinzer scale (1927), as can be seen in the following table.
• Discharge regime (perennial, seasonal, intermittent springs). Springs fall into three general classifications: perennial (springs that flow constantly throughout the year); intermittent (temporary springs that become active after the rains or during certain seasonal changes); and periodic (as in geysers that leak and erupt at regular or irregular intervals).
• Water temperature (cold, hot, thermal springs, etc…). Cold springs: these are springs whose water temperature is below 20°C. Hot springs: The water temperature is between 20°C and 35°. Thermal springs: These are springs whose water temperature is much warmer than the ambient temperature of the surrounding rock or soil, usually above 35°C. Boiling springs: These are springs whose water temperature is equal to or close to the boiling point, usually 100°C.
• Location of the emergency in relation to the coast (inland, coastal, underwater springs).
Your task for this EarthCache is to look at the different elements near the source at the given coordinates. Look for signs of sealing zones in the rock so that there is groundwater flow for the formation of this spring. Additionally, you will have some field tasks to perform.
Material needed to correctly answer question 3
- Container (bottle, measuring cup, test tube!) whose capacity is known (0.5L; 1.0L; 1.5L; 2.0L). When you finish the task, please don't leave it there. Take it with you.
- Stopwatch. Cell phones often have!
Time the time it takes to fill the bottle you brought with spring water.
Apply the following formula to obtain the amount of water coming out of the spring per minute.
To claim this EarthCache, answer the following questions:
1 - Facing the source, on your right side there is a geological formation with a distinct colour. What is it about? Does its location indicate an infiltration or impermeabilization zone?
2 -What type of aquifer is at the origin of this source?
3 -What is the order of magnitude of the discharge of this spring?
4- How do you classify this spring in terms of its discharge regime?
5- How do you classify the water that comes out of this spring in terms of temperature?
Registration Requirements: To claim credit for this EarthCache, please email your answers to the questions above to the cache owner and include a photo of yourself at the source site. Please do not post your answers in your log.
Bibliografia/Bibliography
- de Sousa, A. A. M. (2016). Estudo de Sistemas Hidrogeológicos no Norte e Centro de Portugal (Doctoral dissertation, Universidade do Porto (Portugal)).
- Prada, S. L. R. N., Perestrelo, M., Nunes, A., Figueira, C., & Cruz, J. V. (2005). Disponibilidades hídricas da Ilha da Madeira. Proyecto AQUAMAC: técnicas y métodos para la gestion sostenible del agua en la Macaronesia, 261-294.
- Prada, S. N., Da Silva, M. O., & Cruz, J. V. (2005). Groundwater behaviour in Madeira, volcanic island (Portugal). Hydrogeology Journal, 13, 800-812.
- Soulios, G. (2010). Springs (classification, function, capturing). Bulletin of the Geological Society of Greece, 43(1), 196-215.