Laboratório de Geociências
Geologia II
XIII - O CICLO DA ÁGUA
•
A ocorrência da água:
ÁGUA = H2O = ao elemento mais abundante na superfície do planeta; é o melhor solvente disponível
na natureza; atua no intemperismo químico, físico e na erosão (transportando desde partículas até cascalhos); é a
principal sustância para a manutenção da vida sobre a terra, seja pela fotossíntese (reação de CO2 e H2O) ou
ainda, rios e principalmente, compor praticamente 80% do corpo humano.
A água é uma das substâncias mais abundantes do planeta, podendo ser encontrada em quase tudo ao
nosso redor. Além de ocupar mais de 70% da superfície terrestre, ela também está presente na atmosfera (sob a
forma de vapor) e em lençóis subterrâneos, rios no interior de cavernas, bolsões etc. Na região central e no
nordeste do Brasil, por exemplo, existem gigantescos bolsões de água, com muitos quilômetros quadrados de
extensão, dos quais ela pode ser extraída pela perfuração de poços não muito profundos. Além disso, a água
também é um componente obrigatório do corpo dos seres vivos.
Muitas pessoas consideram a água um recurso natural inesgotável, pois conhecem as extensões dos
oceanos, grandes rios, lagos, cachoeiras e as imensas geleiras polares. Além disso, lembra-se também das fortes
chuvas, sobretudo nas regiões tropicais, que podem ser seguidas de inundações.
O volume total de água do planeta está distribuído, aproximadamente, da seguinte maneira:
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97,4% - de água nos oceanos;
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2,0% - de água doce dos gelos polares e das geleiras;
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0,5% - de água doce subterrânea;
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0,1% - de água doce de rios e lagos, inclusive o vapor de água da atmosfera.
Para entender melhor, podemos fazer a seguinte comparação: imagine que toda a água do planeta
corresponda a 100 litros. Teríamos, então, 97,4 litros de água dos oceanos, 2 litros de gelo, meio litro de águas
subterrâneas e apenas 100 mililitros de água doce dos rios e lagos.
Sendo apenas de 0,1% a pequena quantidade de águas doces superficiais diretamente aproveitáveis pelo
o homem, pode entender a importância do uso racional da água em todas as atividades humanas. Por isso, é
necessário evitar, a todo custo, o desperdício e a poluição das águas.
A água distribui-se na atmosfera e na superfície da crosta até a profundidade de 10km, isto é o que
chamamos de hidrosfera que compõe os reservatórios naturais tais como: oceanos, geleiras, rios, lagos, vapor
d’água atmosférico, água subterrânea e água retiradas dos seres vivos.
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Origem Da Água
Sua origem consta dos primórdios da formação da atmosfera, quando o planeta estava sendo
desgaseificado, isto é, quando a liberação de gases ocorria pelo resfriamento ou aquecimento de rochas. Esse
processo ocorre até hoje e teve início no resfriamento geral do planeta, onde na formação das rochas
magmáticas, foram liberados gases, principalmente vapor d’água e gás carbônico, entre vários outros. A geração
de água sob forma de vapor é observada atualmente em erupções vulcânicas, denominada água juvenil.
O intercâmbio entre esses reservatórios compreende o ciclo da água ou ciclo hidrológico que juntamente a
energia solar compõe o processo de dinâmica externa da Terra.
A figura 31 mostra o ciclo completo da água.
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Figura 31: Representação esquemática do ciclo da água completo.
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Ciclo Hidrológico
-
Partindo de um volume relativamente constante de água no SISTEMA TERRA, o ciclo hidrológico
inicia um fenômeno conhecido como precipitação meteórica que representa a condensação de gotículas
a partir do vapor d’água presente na atmosfera, dando origem à chuva;
-
Quando o vapor d’água transforma-se em cristais de gelo, tem-se a neve, o granizo que é responsável
pela geração e manutenção de importantes reservatórios representados pelas geleiras nas calotas polares
e ainda nos cumes das montanhas;
-
Parte dessa precipitação retorna para a atmosfera por evaporação direta, esta parte soma-se ao vapor
d’água formado sobre o solo e aquele liberado pela atividade biológica de organismos, principalmente as
plantas, através da respiração. Todo esse processo recebe o nome de evapotranspiração, na qual a
evaporação direta é causada pela radiação solar e vento, e a transpiração dependem da vegetação.
-
A evapotranspiração em áreas de clima quente e úmido (floresta amazônica) devolve a atmosfera até
70% da precipitação; já em ambientes glaciais o retorno da água para a atmosfera ocorre pela
substituição do gelo (a água passa diretamente do estado sólido para o estado gasoso, pela ação do
vento).
Em regiões de floresta, uma parcela da precipitação pode ficar retida nas folhas e caules sofrendo
evaporação posteriormente e, a este processo dá-se o nome de interceptação, onde com o movimento da
vegetação, parte dessa água continua seu trajeto atingindo o solo. Esse processo diminui a ação erosiva.
-
-
A partir do solo a água pode seguir dois caminhos:
1o consta da infiltração que depende diretamente das características da cobertura da superfície.
2o consta da capacidade de absorção de água pela superfície, e quando este é superado, fazendo com que o
excesso de água inicie o escoamento superficial, impulsionado pela gravidade para zonas mais baixas.
Esse escoamento inicia-se através de pequenos filetes de água disseminados pela superfície do solo que
convergem para córregos e rios, constituindo assim a rede de drenagem.
Parte dessa água retorna à superfície através de nascentes, alimentando o escoamento superficial, ou
ainda, através de rotas de fluxo mais profundas e lentas, reaparecendo diretamente nos oceanos.
Estima-se que os oceanos contribuem com 80% do total anual evaporado e os continentes com 15% por
evapotranspiração.
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O ciclo hidrológico pode ser comparado a uma grande máquina de reciclagem de água, na qual operam
processos tanto de transferência entre os reservatórios como de transformação entre o estado gasoso,
líquido e sólido.
Balanço Hídrico e Bacias Hidrográficas
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O ciclo hidrológico tem uma aplicação prática no estudo de recursos hídricos que visa avaliar e
monitorar a quantidade de água disponível na superfície da Terra. A unidade geográfica para esses
estudos, denomina-se bacia hidrográfica, definida como uma área de captação de água de capitação,
demarcada por divisores topográficos, onde toda água capitada converge para um único ponto de saída
denominado enxutório. A bacia hidrográfica é um sistema físico onde se pode quantificar o ciclo da
água. Essa análise quantitativa é feita pela equação geral do balanço hídrico. Dessa forma a água é
captada e levada para uma estação de tratamento e depois distribuída, conforme a figura abaixo:
Figura 32: Esquema representativo de uma estação de tratamento e a distribuição de água.
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Água no Subsolo
-
Consta da fração de água que sofre infiltração, acompanhando seu caminho pelo subsolo, onde a força
gravitacional e as características dos materiais presentes irão controlar o armazenamento e o movimento
das águas, dessa maneira, toda água que ocupa espaços vazios em formações rochosas é classificada
como água subterrânea.
-
O processo mais importante de recarga de água no subsolo é a infiltração, onde seu volume e a
velocidade dependem de vários fatores:
Tipos e condições dos materiais terrestres - a infiltração é favorecida pela presença de materiais
porosos e permeáveis, como solos e sedimentos arenosos, ou ainda, em rochas muito fraturadas ou
porosas também permitem a infiltração de águas superficiais. Por outro lado, rochas magmáticas ou
metamórficas, ou ainda materiais argilosos e outros tipos de rochas pouco fraturadas, são desfavoráveis
à infiltração.
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Coberturas vegetais - Em áreas vegetadas a infiltração é favorecida pelas raízes que abrem caminho
para a água descendente no solo. A cobertura florestal também exerce importante função no
retardamento de parte da água que atinge o solo, através da interceptação, sendo o excesso lentamente
liberado para a superfície do solo por gotejamento.
Topografia - De uma forma geral os declives acentuados favorecem o escoamento superficial direto,
diminuindo a infiltração; já as superfícies suavemente onduladas permitem o escoamento superficial
menos veloz, aumentando a possibilidade de infiltração.
Precipitação - O modo como o total da precipitação é distribuído ao longo do ano é um fator decisivo
no volume de recarga da água subterrânea, em qualquer tipo de terreno. Chuvas regularmente
distribuídas ao longo do tempo promovem uma infiltração maior pois, desta maneira, a velocidade de
infiltração acompanha o volume de precipitação. Ao contrário, chuvas torrenciais favorecem o
escoamento superficial direto, pois a taxa de infiltração é inferior ao grande volume de água precipitada
em curto intervalo de tempo.
Ocupação do solo – O avanço da urbanização e a devastação da vegetação influenciam
significativamente a quantidade de água infiltrada em adensamentos populacionais e zonas de intenso
uso agropecuário. Nas áreas urbanas, as construções e a pavimentação impedem a infiltração, causando
efeitos catastróficos devido ao aumento do escoamento superficial e redução na recarga de água
subterrânea. Nas áreas rurais, a infiltração sofre redução pelo desmatamento em geral e pela
compactação dos solos causada pelo pisoteamento de animais, como em extensivas áreas de criação de
gado. Um caso curioso ocorre em São Paulo, onde se detectou uma recarga significativa da água
subterrânea por vazamento da rede de abastecimento.
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Distribuição e Movimento da Água no Subsolo
Depende de alguns fatores tais como:
-
Além da força gravitacional e das características dos solos, sedimentos e rochas, o movimento da água
no subsolo é controlado também pela força de atração molecular e tensão superficial, dependendo de
alguns fatores tais como:
Atração molecular: ocorre quando as moléculas de água são presas na superfície de argilominerais por
atração de cargas opostas, este fenômeno ocorre principalmente nos primeiros metros de profundidade,
onde ocorre solo rico em argila.
Tensão molecular: tem seus efeitos nos interstícios muito pequeno onde a água fica presa nas paredes
dos poros, podendo ter movimento ascendente (contra a gravidade) por capilaridade.
O local onde os poros estão cheios de água é denominado zona saturada ou freática e acima desse nível os
espaços vazios estão parcialmente preenchidos por água e ar, definindo a região de zona não saturada ou
ainda de vadosa ou zona de areação.
O limite entre a zona de areação e a vadosa é muito importante e recebe o nome de superfície freática ou
nível de água subterrânea, facilmente identificável quando, ao se perfurar poços, a altura da água marca a
posição do nível de água. O nível freático normalmente acompanha as irregularidades do terreno. A
profundidade ocorre em função da recarga e do tipo de solo, onde há mais pluviosidade, tende a ser mais
raso, em locais áridos, mais profundos.
Quando o nível de água intercepta a superfície do terreno, o nível aflora, gerando nascentes, córregos ou
rios.
Porosidade: trata do tipo de material onde ocorre maior ou menor infiltração de água. Têm-se então dois
tipos de porosidades, a primária que é caracterizada pelas rochas sedimentares e os espaços entre os
grãos ou planos de estratificação, o tamanho e a forma das partículas, o seu grau de seleção e a presença
de cimentação, influenciam na porosidade; a secundária, se desenvolve após a formação das rochas
ígneas, metamórficas ou mesmo sedimentares, por fraturamento ou falhamento durante a deformação. Um
tipo especial ocorre em rochas solúveis como o calcário e o mármore, através da criação dos vazios por
dissolução, caracterizando a porosidade cárstica.
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Permeabilidade: o principal fator que determina a disponibilidade de água subterrânea não é a
quantidade de água que os materiais armazenam e sim, a sua capacidade em permitir o fluxo de água
através dos poros. O fluxo dependerá diretamente do tamanho dos poros e da conexão entre eles (as
argilas possuem poros muito pequenos e o basalto não possui poros mas em compensação possui falhas e
fraturas).
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Aqüíferos
São reservatórios subterrâneos que dependem diretamente do tipo de porosidade existente no material
em que a água infiltra-se. Além de aqüíferos, dois termos são utilizados: aquicludes (define unidades geológicas
onde, apesar do saturamento da água, são incapazes de transmitir um volume significativo com velocidade
suficiente para abastecer poços e nascentes) e aquitarde (ocorre quando há intercalações de arenitos e siltitos,
onde os siltitos são menos porosos).
- Aquíferos e tipos de porosidades
Basicamente três tipos:
1- Intergranular: formam-se a partir de sedimentos arenosos, onde a produtividade diminui em função
do grau de cimentação entre os grãos.
2- De fraturas: forma-se em conseqüência de deformações tectônicas, por fraturas e falhas. Só serão
bons aqüíferos se as falhas e as fraturas estiverem interligados.
3- De condutos (cárstico): é caracterizado pela porosidade cárstica, constituída por uma rede de
condutos com diâmetros milimétricos a métricos, gerado pela dissolução de rochas carbonáticas (
que contêm CaCO3), conforme a figura 3.
Figura 33: Desenho esquemático de um sistema cárstico.
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10- Ação Geológica da Água Subterrânea:
Ação geológica é a capacidade de um conjunto de processos causar modificações nos materiais
terrestres, transformando minerais, rochas e feições terrestres. O esculpimento de formas de relevo da
superfície terrestre é um tipo de ação geológica, dominada pela geodinâmica externa do planeta erra,
conhecida como ação geomórfica.
Os principais processos e respectivos produtos da ação geomórfica da água subterrânea são:
PROCESSO
Pedogênese (intemperismo químico)
Solifluxão
Erosão interna, solapamento
Carstificação (dissolução)
PRODUTO
Cobertura pedológica (solos)
Escorregamento de encostas
Boçorocas
Relevo cárstico, cavernas, aqüífero de conduto
Pedogênese: Refere-se ao modo de formação de um solo ou ao estudo dos solos sob o aspecto
genético, considerando-se os fatores envolvidos na sua formação, tais como, litologia da rocha matriz,
clima , relevo, etc.
Solifluxão: Fenômeno particularmente ativo em regiões periglaciais, que consiste no rastejo de
material superficial de uma encosta promovida pelo congelamento e degelo sucessivo de água
intersticial. É um tipo de movimento de massa de fragmentos rochosos produzidos por perda de atrito
interno por embebição com água de degelo.
Boçoroca ou Voçoroca ou Ravina: feição erosiva originada por ação de escoamento de água
superficial que, através da erosão laminar, provoca uma incisão no manto de intemperismo, ou em
rochas sedimentares pouco coesas da superfície do terreno. No Brasil usa-se o termo Boçoroca para
se referir a ravinas de grandes dimensões (dezenas de metros de profundidade e centenas de metros
de extensão), que ocorre em terreno geralmente arenoso. Neste caso, o processo inicia-se pela erosão
superficial a partir de estrias ou valetas antigas em regiões de topografias favoráveis que,
freqüentemente pode ser combinada com erosão subterrânea. Exemplos muito conhecidos são os que
ocorrem na Serra da Mantiqueira.
Carste: topografia formada sobre rochas solúveis, tais como, calcário e gipsita, caracterizadas por
dolinas, cavernas e drenagem subterrânea.
Dolina: cratera de abatimento que caracteriza regiões cársticas, cujo diâmetro variam de 9 a 900m e
as profundidades situam-se entre 2 a 100m. Muitas vezes apresenta forma de funil e comunica-se com
um sistema de drenagem subterrânea em terrenos calcários. Sinônimo:Cratera de abatimento.
Espeleotema: por espeleotema entende-se o conjunto das feições deposicionais das cavernas, que
constituem as fácies cársticas ou depósitos espélicos de origem química, que compreendem as
estalactites e estalagmites, as pérolas de cavernas e etc.
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XIV - NOÇÕES DE CARTOGRAFIA
1- Escalas Numéricas e Gráficas
1.1- Escalas de Mapas
É a representação total ou parcial da superfície terrestre que é feita através de cartas ou mapas
topográficos, onde se inclui a aplicação de princípios de escalas.
- Escala: É a relação matemática que indica quantas vezes as dimensões reais do terreno são maiores
que as dimensões representadas na carta.
Indica quantas vezes a realidade que estamos representando no papel, foi reduzida. Portanto, a
escala é o quociente entre as distâncias medidas sobre o mapa e as correspondentes distâncias
reais sobre o terreno.
a) Escala Numérica: É a forma fracionária de indicação. Os valores são representados numa
razão de 1/100.000 ou proporção 1:100.000, onde cada 1 cm do papel
equivale a 100.000cm no terreno, ou seja, 1Km, conforme
representação abaixo:
1 0 0 . 0 0 0
Km
hm
dam
m
dm
cm
b) Escala Gráfica: Permite medir as distâncias nos mapas. É uma reta dividida em partes
iguais, onde cada divisão corresponde a certo número de metros ou
quilômetros, dependendo da escala, mostrando a relação com as
dimensões do terreno.
Ex Escala Numérica: 1:3.000.000 onde cada 1 cm equivale a 30Km,
representamos graficamente da seguinte forma:
1 cm
30
0
30
60
90 Km
EXERCÍCIOS
1- Interprete e transforme em unidades de comprimento as escalas abaixo:
a- 1:50.000____________________________________________________
b- 1:15.000.000________________________________________________
c- 1:800.000___________________________________________________
d- 1:5.000.000_________________________________________________
e- 1:75.000____________________________________________________
f- 1:1.000_____________________________________________________
g- 1:100.000___________________________________________________
h- 1:500______________________________________________________
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2- Construa uma escala gráfica correspondente à escala 1:13Km, onde cada seguimento represente 10Km.
3- Dada a escala numérica 1:500.000, construa uma escala gráfica em quilômetros.
4- Dada a escala gráfica abaixo, transforme-a em escala numérica:
1
0
1
2
3
4 Km
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5- Desenhe uma planta do laboratório, seguindo as seguintes instruções:
a) Escala numérica igual 1:100
b) Represente na planta a posição exata das portas e janelas
c) As dimensões do laboratório são:
- 5m de largura
- 10m de comprimento
- 4m de janela
- 80cm de porta
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6- Desenhe outra planta na escala 1:200, utilizando as mesmas medidas do exercício anterior:
7- Qual a diferença entre as duas plantas? Qual a escala maior? O que você conclui:
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
_______________________________________________________________________________
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2- Curvas De Nível ou Isópacas
São linhas que unem pontos de mesma altitude, representadas nos mapas topográficos. Fornecem a
idéia da conformação altimétrica ou relevo da superfície terrestre.
As altitudes dos pontos são chamadas de cotas e, é por meio delas que se distinguem as elevações das
depressões. As cotas podem ser determinadas através do nível do mar ou qualquer outro nível de
referência.
º EQÜIDISTÂNCIA
É a distância vertical entre as curvas de nível, em metros.
EXERCÍCIOS
1- O que são Curvas de Nível e o que representam ?
______________________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________
______________________________________________________________________________________
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2) Calcular a Equidistância das Curvas de Nível e traçar os perfis topográficos nas figuras abaixo usando a
escala vertical 1:100.
a) Equidistância: ________________________
b) Relevo:_______________________
900
1.300
A
B
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B) Utilizando a escala vertical de 1:5000
a) Equidistância: _____________________
b) Relevo:_______________________
1.500
1.100
A
B
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C) Utilizando a escala vertical de 1:10.000
a) Equidistância: ______________________
b) Relevo:_____________________
400
100
A
B
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D) Utilizando a escala vertical de 1:100.000
a) Equidistância:________________________
100 200 300 400
b) Relevo:___________________________
500 300 200 100 300 400 500 400 300 200 400500 400 300 200 100
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