Aquífero

Um aquífero é uma zona dentro da Terra que restringe o fluxo de águas subterrâneas de um aquífero para outro. Um aquitardo pode por vezes, se for completamente impermeável, ser chamado de aquicludo ou aquífugo. Os aquitardos são compostos por camadas de argila ou rocha não porosa com baixa condutividade hidráulica.

Edito saturado versus insaturado

Ver também: Teor de água e humidade do solo

A água subterrânea pode ser encontrada em quase todos os pontos do subsolo pouco profundo da Terra até certo ponto, embora os aquíferos não contenham necessariamente água doce. A crosta terrestre pode ser dividida em duas regiões: a zona saturada ou zona freática (por exemplo aquíferos, aquitarras, etc.), onde todos os espaços disponíveis são preenchidos com água, e a zona insaturada (também chamada zona vadose), onde ainda existem bolsas de ar que contêm alguma água, mas podem ser preenchidas com mais água.

p>Saturada significa que a cabeça de pressão da água é maior que a pressão atmosférica (tem uma pressão manométrica 0). A definição do lençol freático é a superfície onde a cabeça de pressão é igual à pressão atmosférica (onde a pressão manométrica = 0).

Condições insaturadas ocorrem acima do lençol freático onde a cabeça de pressão é negativa (a pressão absoluta nunca pode ser negativa, mas a pressão manométrica pode) e a água que preenche incompletamente os poros do material do aquífero está sob sucção. O conteúdo de água na zona insaturada é mantido no lugar por forças adesivas de superfície e sobe acima do lençol freático (o isobar de pressão zero) por acção capilar para saturar uma pequena zona acima da superfície freática (a franja capilar) a uma pressão inferior à atmosférica. Isto é designado por saturação de tensão e não é o mesmo que saturação numa base de conteúdo de água. O conteúdo em água numa franja capilar diminui com o aumento da distância da superfície freática. A cabeça capilar depende do tamanho dos poros do solo. Em solos arenosos com poros maiores, a cabeça será menor do que em solos argilosos com poros muito pequenos. O aumento capilar normal num solo argiloso é inferior a 1,8 m mas pode variar entre 0,3 e 10 m.

O aumento capilar de água num tubo de pequeno diâmetro envolve o mesmo processo físico. O lençol freático é o nível a que a água subirá num tubo de grande diâmetro (por exemplo, um poço) que desce para o aquífero e está aberto para a atmosfera.

Aquíferos versus aquitardsEdit

Aquíferos são tipicamente regiões saturadas do subsolo que produzem uma quantidade de água economicamente viável para um poço ou fonte (por exemplo areia e cascalho ou rocha fracturada fazem frequentemente bons materiais aquíferos).

Um aquitard é uma zona dentro da Terra que restringe o fluxo de água subterrânea de um aquífero para outro. Um aquitardo completamente impermeável é chamado de aquicludo ou aquífugo. Os aquíferos compreendem camadas de argila ou rocha não porosa com baixa condutividade hidráulica.

Em zonas montanhosas (ou perto de rios em zonas montanhosas), os principais aquíferos são tipicamente aluviões não consolidados, compostos na sua maioria por camadas horizontais de materiais depositados por processos de água (rios e riachos), que em secção transversal (olhando para uma fatia bidimensional do aquífero) parecem ser camadas de materiais alternadamente grosseiros e finos. Os materiais grosseiros, devido à alta energia necessária para os mover, tendem a ser encontrados mais perto da fonte (frentes de montanha ou rios), enquanto que o material de grão fino o fará afastar-se da fonte (para as partes mais planas da bacia ou áreas sobre margens – por vezes chamadas de zona de pressão). Uma vez que existem depósitos menos finos perto da fonte, este é um lugar onde os aquíferos são frequentemente não confinados (por vezes chamados de zona de forebay), ou em comunicação hidráulica com a superfície terrestre.

Veja também: Condutividade hidráulica e Storativity

Confinado versus não-confinadoEdit

Existem dois membros finais no espectro dos tipos de aquíferos; confinados e não-confinados (com o semi-confinado a estar no meio). Os aquíferos não-confinados são por vezes também chamados de aquíferos de lençol freático ou aquíferos freáticos, porque o seu limite superior é o lençol freático ou a superfície freática. (Ver Aquífero de Biscayne.) Tipicamente (mas nem sempre) o aquífero mais superficial de um determinado local é não confinado, o que significa que não tem uma camada confinante (um aquitard ou aquiclude) entre ele e a superfície. O termo “empoleirado” refere-se à acumulação de água subterrânea acima de uma unidade ou estratos de baixa permeabilidade, tais como uma camada de argila. Este termo é geralmente usado para se referir a uma pequena área local de água subterrânea que ocorre a uma altitude superior à de um aquífero regionalmente extenso. A diferença entre aquíferos empoleirados e não confinados é o seu tamanho (empoleirado é menor). Aquíferos confinados são aquíferos que são sobrepostos por uma camada confinante, muitas vezes constituída por argila. A camada confinada pode oferecer alguma protecção contra a contaminação da superfície.

Se a distinção entre aquífero confinado e não confinado não for clara do ponto de vista geológico (isto é, se não se souber se existe uma camada confinada clara, ou se a geologia for mais complexa, por exemplo, um aquífero de rocha fracturada), o valor da estoratividade devolvida por um teste de aquífero pode ser utilizado para determiná-la (embora os testes de aquífero em aquíferos não confinados devam ser interpretados de forma diferente dos de aquífero confinado). Os aquíferos confinados têm valores de estoratividade muito baixos (muito menos de 0,01, e tão pouco como 10-5), o que significa que o aquífero está a armazenar água utilizando os mecanismos de expansão da matriz do aquífero e a compressibilidade da água, que são ambos, tipicamente, quantidades bastante pequenas. Os aquíferos não definidos têm estoratividades (tipicamente chamadas de rendimento específico) superiores a 0,01 (1% do volume a granel); libertam água do armazenamento pelo mecanismo de drenagem efectiva dos poros do aquífero, libertando quantidades relativamente grandes de água (até à porosidade drenável do material do aquífero, ou o conteúdo volumétrico mínimo de água).

Ver também: Porosidade e Estoratividade

Edito isotrópico versus anisotrópico

Em aquíferos isotrópicos ou camadas do aquífero a condutividade hidráulica (K) é igual para o fluxo em todas as direcções, enquanto que em condições anisotrópicas difere, nomeadamente no sentido horizontal (Kh) e vertical (Kv).

aquíferos semi-confinados com um ou mais aquíferos funcionam como um sistema anisotrópico, mesmo quando as camadas separadas são isotrópicas, porque os valores compostos de Kh e Kv são diferentes (ver transmissividade hidráulica e resistência hidráulica).

Ao calcular o fluxo para drenos ou fluxo para poços num aquífero, a anisotropia deve ser levada em conta para que o desenho resultante do sistema de drenagem não seja defeituoso.

Poroso, cársico, ou fraccionadoEditar

Para gerir correctamente um aquífero as suas propriedades devem ser compreendidas. Muitas propriedades devem ser conhecidas para prever como um aquífero irá responder à chuva, seca, bombeamento, e contaminação. Onde e quanta água entra nos lençóis freáticos devido à precipitação e à neve? A que velocidade e em que direcção se deslocam as águas subterrâneas? Quanta água deixa o solo como nascentes? Qual a quantidade de água que pode ser bombeada de forma sustentável? Com que rapidez chega um incidente de contaminação a um poço ou nascente? Os modelos de computador podem ser utilizados para testar com que precisão o entendimento das propriedades do aquífero corresponde ao desempenho real do aquífero.:192-193, 233-237 Os regulamentos ambientais exigem locais com fontes potenciais de contaminação para demonstrar que a hidrologia tem sido caracterizada.:3

PorousEdit

A água que infiltra lentamente do arenito poroso bronzeado em contacto com o xisto cinzento impermeável cria um crescimento refrescante de vegetação verde no deserto.

A água em aquíferos porosos infiltra-se lentamente através de espaços porosos entre grãos de areia

Aquíferos porosos ocorrem tipicamente em areia e arenito. As propriedades dos aquíferos porosos dependem do ambiente sedimentar deposicional e, posteriormente, da cimentação natural dos grãos de areia. O ambiente onde foi depositado um corpo de areia controla a orientação dos grãos de areia, as variações horizontais e verticais, e a distribuição das camadas de xisto. Mesmo as camadas finas de xisto são importantes barreiras ao fluxo de águas subterrâneas. Todos estes factores afectam a porosidade e permeabilidade dos aquíferos arenosos.:413 Os depósitos arenosos formados em ambientes marinhos pouco profundos e em ambientes de dunas de areia com vento têm permeabilidade moderada a elevada, enquanto que os depósitos arenosos formados em ambientes fluviais têm permeabilidade baixa a moderada.:418 A precipitação e a neve fundida entram nas águas subterrâneas onde o aquífero está próximo da superfície. As direcções do fluxo das águas subterrâneas podem ser determinadas a partir de mapas potenciométricos de superfície de níveis de água em poços e nascentes. Os testes do aquífero e dos poços podem ser usados com as equações de fluxo da lei de Darcy para determinar a capacidade de um aquífero poroso de transportar água.:177-184 A análise deste tipo de informação sobre uma área dá uma indicação da quantidade de água que pode ser bombeada sem sobressaltos e de como a contaminação irá viajar.:233 Em aquíferos porosos a água subterrânea flui como infiltração lenta nos poros entre grãos de areia. Um fluxo de água subterrânea de 1 pé por dia (0,3 m/d) é considerado como uma taxa elevada para aquíferos porosos, como ilustrado pela água que lentamente se infiltra do arenito na imagem à esquerda.

Porosidade é importante, mas, por si só, não determina a capacidade de uma rocha agir como um aquífero. Áreas das Armadilhas Deccan (uma lava basáltica) no centro oeste da Índia são bons exemplos de formações rochosas com alta porosidade mas baixa permeabilidade, o que as torna aquíferos pobres. Da mesma forma, o Grupo de Giz microporoso (Cretáceo Superior) do Sudeste de Inglaterra, embora tenha uma porosidade razoavelmente elevada, tem uma baixa permeabilidade grão a grão, com as suas boas características de produção de água, principalmente devido à micro-fractura e fissuras.

KarstEdit

Pessoas servis num barco jon num rio dentro de uma caverna.
Água em aquíferos cársicos flui através de condutos abertos onde a água flui como correntes subterrâneas

Aquíferos cársicos desenvolvem-se tipicamente em pedra calcária. Água superficial contendo ácido carbónico natural desce para pequenas fissuras em pedra calcária. Este ácido carbónico dissolve gradualmente o calcário, aumentando assim as fissuras. As fissuras aumentadas permitem a entrada de uma maior quantidade de água, o que leva a um aumento progressivo das aberturas. As pequenas aberturas abundantes armazenam uma grande quantidade de água. As aberturas maiores criam um sistema de condutas que drena o aquífero para as nascentes. A caracterização de aquíferos cársicos requer a exploração do campo para localizar poços, balões, riachos e nascentes, além de estudar mapas geológicos.:4 Os métodos hidrogeológicos convencionais, tais como testes de aquíferos e mapeamento potenciométrico, são insuficientes para caracterizar a complexidade dos aquíferos cársicos. Estes métodos de investigação convencionais precisam de ser complementados com vestígios de corantes, medição de descargas de nascentes, e análise da química da água. O rastreio de corantes do U.S. Geological Survey determinou que os modelos convencionais de águas subterrâneas que assumem uma distribuição uniforme da porosidade não são aplicáveis aos aquíferos cársicos. O alinhamento linear de características da superfície, tais como segmentos de cursos de água rectos e sumidouros, desenvolve-se ao longo de vestígios de fractura. A localização de um poço num traço de fractura ou intersecção de traços de fractura aumenta a probabilidade de encontrar uma boa produção de água. Os vazios em aquíferos cársicos podem ser suficientemente grandes para causar colapso destrutivo ou subsidência da superfície do solo que pode criar uma libertação catastrófica de contaminantes.:3-4 O caudal de água subterrânea em aquíferos cársicos é muito mais rápido do que em aquíferos porosos, como se pode ver na imagem à esquerda que acompanha. Por exemplo, no aquífero de Barton Springs Edwards, os vestígios de corantes mediram o caudal de águas subterrâneas cársticas de 0,5 a 7 milhas por dia (0,8 a 11,3 km/d). Os rápidos caudais de águas subterrâneas tornam os aquíferos cársicos muito mais sensíveis à contaminação das águas subterrâneas do que os aquíferos porosos.:1

No caso extremo, as águas subterrâneas podem existir em rios subterrâneos (por exemplo cavernas subjacentes à topografia cársica.

FracturedEdit

Se uma unidade de rocha de baixa porosidade estiver altamente fracturada, também pode fazer um bom aquífero (via fluxo de fissuras), desde que a rocha tenha uma condutividade hidráulica suficiente para facilitar o movimento da água.

Aquífero transfronteiriçoEdit

Quando um aquífero transcende as fronteiras internacionais, aplica-se o termo aquífero transfronteiriço.

Transboundariness é um conceito, uma medida e uma abordagem introduzida pela primeira vez em 2017. A relevância desta abordagem é que as características físicas dos aquíferos tornam-se apenas variáveis adicionais entre o vasto espectro de considerações sobre a natureza transfronteiriça de um aquífero:

  • social (população);
  • económica (produtividade das águas subterrâneas);
  • política (como transfronteiriça);
  • investigação ou dados disponíveis;
  • qualidade e quantidade da água;

  • outras questões que regem a agenda (segurança, comércio, imigração, etc.).

a discussão muda da questão tradicional de “será o aquífero transfronteiriço?” para “como é o aquífero transfronteiriço?”.

Os contextos socioeconómicos e políticos ultrapassam efectivamente as características físicas do aquífero, acrescentando o seu correspondente valor geoestratégico (o seu carácter transfronteiriço)

Os critérios propostos por esta abordagem tentam encapsular e medir todas as variáveis potenciais que desempenham um papel na definição da natureza transfronteiriça de um aquífero e dos seus limites multidimensionais.

Mapa dos principais aquíferos dos EUA por tipo de rocha