HIDROLOGIA ISOTÓPICA

Hidrologia Isotópica

Geoquímica Isotópica

Ferramenta hidrogeológica

importanteGeologia, Geofísica e

Geoquímica

Elaboração de um modelo hidrogeológico conceptual

- Origem das águas- Altitude das áreas de recarga- Sistemas de fluxo subterrâneo- Processos de mistura- “idade” das águas- Interacção água-rocha

Iremos dar especial ênfase à utilização dos isótopos oxigénio-18 (18O), deutério (2H), carbono-13 (13C) / trítio (3H) e carbono-14 (14C)

isótopos estáveis

utilizados como traçadores naturais

resolver problemas relacionados com a origem das águas e respectivos sistemas de fluxo subterrâneo

isótopos radioactivos

dinâmica dos sistemas

de fluxo subterrâneo

isótopos ambientais (18O, 2H e 3H) como traçadores naturais (H2O)

δ (o/oo) = [(Ramostra / Rpadrão) –1] x 1000

- Ramostra representa 18O/16O; 2H/1H - Rpadrão refere-se à mesma razão determinada no padrão.

Esquema de fraccionamento dos isótopos de oxigénio da água na atmosfera. Adaptado de Hoefs (1997).

Localização das estações meteorológicas da rede de amostragem de precipitação atmosférica da IAEA. Retirado de IAEA (1981).

Num diagrama δ2H vs δ18O os valores referentes a amostragem de águas meteóricas distribuídas pelo globo seguiam uma relação linear que designou de recta das águas meteóricas mundiais, e cuja equação “geral” é:

δ2H = 8 δ18O + 10

Relação global das médias mensais (valores δ18O e δ2H da precipitação ocorrente nas estações meteorológicas da IAEA. A linha indica a recta das águas meteóricas mundiais. Adaptado de HOEFS (1997).

A composição isotópica das águas meteóricas de uma determinada região vai depender:

da temperatura atmosférica (que controla o factor de fraccionamento isotópico)

da relação entre o vapor de água que se mantém na massa de ar e aquele que precipita.

Os principais efeitos de variação da composição isotópica da precipitação são:

i) efeitos sazonais (ou de latitude): a precipitação atmosférica nos meses mais frios (ou próximo dos Pólos) apresenta valores δ18O e δ2H mais negativos;

ii) efeito de altitude: a precipitação atmosférica que ocorre nos locais de cota elevada é empobrecida em isótopos pesados relativamente à dos locais de cota mais baixa.

Distribuição dos valores 18O médios da precipitação, tendo por base registos de estações localizadas em diversos pontos do Mundo, com pelo menos dois anos de registos isotópicos. Adaptado de IAEA (1981).

Adaptado de Geyh (2000)

As águas meteóricas que resultarem directamente da precipitação atmosférica e que não tenham sofrido nenhum processo de fraccionamento isotópico devido a fenómenos de evaporação superficial, vão ter uma composição isotópica próxima da recta das águas meteóricas mundiais. Por outro lado, águas que tenham sofrido processos de fraccionamento significativos vão-se projectar fora da recta das águas meteóricas mundiais.

Em todos os casos dos sistemas geotérmicos apresentados na Figura anterior, a razão 2H/1H é idêntica à das águas meteóricas locais, enquanto que a razão 18O/16O é bastante superior.

Este comportamento tem sido atribuído a trocas isotópicas entre o fluido geotérmico e as rochas que constituem o reservatório.

Retirado de IAEA (1981)

Retirado de IAEA (1981)

Proposta do modelo de circulação do sistema hidrotermal de Chaves. (RG) reservatório geotérmico; (R) rochas encaixantes; (D) depósitos de cobertura; (AM) águas meteóricas; (ATC) águas termais de Chaves; (-54;-8.1) composição isotópica (δ2H; δ18O) das águas.

Retirado de Marques et al. (1995).

Concentração de trítio na precipitação (1950-1986). Ottawa, Canadá. Adaptado de Albu et al. (1997).

3H existente na

precipitação

- Origem natural: reacção de neutrões (altas camadas da atmosfera) com átomos de N.

- Origem antrópica: explosões termonucleares, indústria nuclear e produtos de consumo.

i) recarga activa do sistema,ii) "idade" das águas

subterrâneas,iii) tempo de residência iv) existência de mistura.

Valores δ13C dos reservatórios mais importantes de carbono. Adaptado de Birkle (2001)

δ13C(o/oo)

+20 +10 0 -10 -30 -50 -70

HCO3

CO2

CO2(solo)

CarvãoCarbonatos marinhos

CO2

magmático

Metano magmático

Metano biogénico