Evolução hidrogeoquímica e isotópica das águas termominerais de Caldas de Monção

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1 Evolução hidrogeoquímica e isotópica das águas termominerais de Caldas de Monção Paula M. CARREIRA Investigadora Auxiliar, Instituto Tecnológico e Nuclear (ITN), Estrada Nacional 10, Sacavém, , carreira@itn.mces.pt José M. MARQUES Professor Auxiliar, Instituto Superior Técnico (IST), Av. Rovisco Pais, Lisboa, , jmmarques@popsrv.ist.utl.pt Mário ANDRADE Bolseiro de Investigação, Instituto Tecnológico e Nuclear (ITN), Estrada Nacional 10, Sacavém, mpandrade@mail.telepac.pt Dina NUNES Técnica Superior, Instituto Tecnológico e Nuclear (ITN), Estrada Nacional 10, Sacavém, , dina@itn.mces.pt Fernando MONTEIRO SANTOS Professor Auxiliar, Instituto de Ciências da Terra e do Espaço, Rua da Escola Politécnica, Lisboa, , fasantos@fc.ul.pt Resumo As águas termominerais de Caldas de Monção emergem na margem esquerda do rio Minho, no terraço aluvionar situado entre a vila de Monção e o leito do rio, encontrando-se associadas à rede de diaclases (alinhadas segundo a direcção ENE-WSW) do maciço granítico,. Ao longo de duas campanhas de amostragem, foram colhidas águas subterrâneas associadas a este sistema termomineral com vista à sua caracterização físico-química e isotópica ( 2 H, 13 C, 18 O, 3 H e 14 C). De forma a interpretar a evolução hidrogeoquímica do sistema profundo e contribuir para a delimitação da respectiva área de recarga foram igualmente colhidas amostras de água dos sistemas aquíferos mais superficiais e de fraca mineralização. Paralelamente, foram realizados estudos de geofísica tendo-se obtido dois perfis de resistividade,estimativas de porosidade e identificação de zonas preferenciais de circulação de fluidos termominerais. As águas subterrâneas de Monção, classificam-se como bicarbonatadas sódicas, revelando forte dependência das formações geológicas envolventes. Os resultados das análises isotópicas realizadas parecem indicar que: i) a contribuição das águas do rio Minho para o sistema deverá ser mínima a inexistente; ii) a área de recarga do sistema termomineral deverá situar-se a sul de Caldas de Monção, em torno dos 400 m de altitude (com base nos valores de δ 18 O determinados nas amostras de água dos furos AC1 e AC2 de Caldas de Monção e nas nascentes pouco mineralizadas da região); iii) as idades aparentes em 14 C obtidas para as águas termominerais foram respectivamente 14,1 e 18,5 ka BP nos furos AC2 e AC1 respectivamente. Palavras-chave: Águas termominerais, isótopos ambientais ( 18 O, 3 H e 14 C), altitude de recarga, geofísica. 1

2 1 - INTRODUÇÃO O trabalho apresentado tem como objectivo principal a elaboração de um modelo conceptual de circulação das águas termominerais de Caldas de Monção, procurando, em particular, proceder à identificação de áreas de recarga, sistema(s) circulação subterrânea e de mecanismos de interacção água-rocha associados a este sistema hidromineral. Os isótopos ambientais de oxigénio ( 18 O) e de hidrogénio ( 3 H) foram utilizados como traçadores naturais na caracterização da dinâmica dos sistemas de fluxo subterrâneo. Dá-se igualmente ênfase à identificação da vulnerabilidade do sistema termomineral à poluição de origem antrópica, e à caracterização da evolução hidroquímica das águas termominerais ao longo do fluxo subterrâneo. Para tal, procedeu-se à utilização conjunta da geoquímica convencional e isotópica das águas subterrâneas da região. De acordo com estudos levados a cabo na região NE de Portugal, como é o caso de Vilarelho da Raia, Chaves, Pedras Salgadas, Caldas de Moledo, a geofísica tem demonstrado que os sistemas de falhas desempenham um papel fundamental, quer na recarga, quer na ascençãodas águas associadas a esses sistemas hidrogeológicos (MARQUES et al. 1998; MARQUES, 1999; NASCIMENTO, 2000; LIMA, 2001; MARQUES et al. 2003). Importa referir que a composição isotópica de uma amostra de água, colhida num dado local de amostragem, é função de factores climáticos, meteorológicos e físico-químicos particulares desse local. A conjunção desses factores descrevem uma história que se inicia a partir das massas de vapor de água e que finaliza com a participação da água nos sistemas hídricos superficiais e subterrâneos. No Ciclo Hidrológico as variações observadas na distribuição espacial e temporal dos isótopos ambientais em amostras de água (sistemas hídricos subterrâneos e superficiais) estão relacionadas, fundamentalmente, com uma série de parâmetros ambientais (temperatura, altitude, etc), que caracterizam a região de origem das massas de ar e, igualmente, o local de amostragem. A modelação do comportamento dos isótopos estáveis na precipitação é a base para a reconstrução de composições isotópicas de sistemas aquíferos antigos, por forma a se proceder uma interpretação dos dados obtidos do ponto de vista paleoclimático (ROZANSKI et al. 1993). 2 ENQUADRAMENTO GEOMORFOLÓGICO, GEOLÓGICO E ESTRUTURAL DE CALDAS DE MONÇÃO A região abrangida por este estudo (área envolvente a Caldas de Monção) está delimitada a Norte pelo rio Minho, fazendo fronteira com Espanha, e a Sul é enquadrada pela serras da Peneda e do Extremo, com altitudes da ordem dos 1400 m. De modo geral, o conjunto montanhoso apresenta um basculamento para ocidente e uma orientação dos sucessivos enrugamentos segundo a direcção ENE- WSW, sendo a sua separação feita pelos vales que seguem a mesma orientação. O relevo apresenta uma disposição alternada de elevações montanhosas e depressões do vale do rio Minho. Os afluentes deste rio, seguem as direcções estruturais NE-SE, N-S e NW-SE e, completam a compartimentação em pequenas unidades como maciços montanhosos, planaltos, vales ou depressões. Entre os vales mais importantes destaca-se, o vale do rio Minho que corresponde a uma depressão tectónica que se alonga na direcção ENE-WSW parecendo controlar algumas das ocorrências de águas minerais na região de Monção. No que diz respeito ao clima, a região apresenta temperatura média anual em torno dos 14ºC, verificando-se uma diminuição da temperatura média anual com o aumento da altitude. Os valores do índice de humidade na região são superiores a 40 indicando um clima húmido a muito húmido na região. (Pedrosa, 1999). Esta região é caracterizada por valores elevados de precipitação atmosférica encontrando-se sob a influência oceânica (Zona Norte Atlântica), registando-se valores de precipitação média anual que ultrapassam os 1000 mm. Do ponto de vista geomorfológico, a área em estudo abrange uma pequena bacia hidrográfica drenando para o rio Minho e envolvendo a vila de Monção (Fig.1). A Sudeste caracteriza-se por 2

3 apresentar relevo acidentado com cristas orientadas N-S, com vertentes muito inclinadas e vales entalhados, onde é visível uma rede de drenagem rectilínea, de orientação geral norte-sul. Figura 1 Enquadramento geológico da região de Monção (adaptado de PEDROSA, 1999). Localização dos locais de amostragem águas termominerais e águas frias dos sistemas aquíferos mais superficiais (nascentes). No ponto de vista geológico, a região em estudo localiza-se na Zona Centro Ibérica, onde são predominantes as rochas graníticas que cobrem uma vasta área e rochas metassedimentares do Paleozóico (Fig. 1). Associados aos granitos ocorrem pequenos filões de rochas máficas e filões aplitopegmatíticos e filões de quartzo. Junto a Monção o Silúrico está representado por metassedimentos: xistos e gnaisses quartzomoscovitico-biotíticos (variando as proporções modais destes três constituintes), apresentando sempre um ou mais minerais de alto ou médio grau de metamorfismo. Segundo RIBEIRO e MOREIRA (1986) os metassedimentos silúricos estão correlacionados com a fácies de plataforma continental do Silúrico inferior. 3

4 Tendo por base as relações geométricas das rochas graníticas com o encaixante e a deformação interna que apresentam RIBEIRO e MOREIRA (1986) e MOREIRA e SIMÕES (1988), separam as rochas graníticas aflorantes na região em três grupos principais: I. Granitos sin-tectónicos de duas micas de granularidade variável, que se instalaram sob o condicionamento da 3ª fase de deformação hercínica (F3). Normalmente, apresentam minerais de metamorfismo e restites metasedimentares. Por vezes estreitamente relacionados com rochas migmatíticas; II. Granitos tardi-tectónicos predominantemente biotíticos, em que a moscovite aparece sempre como mineral secundário. A deformação que apresentam aponta para o facto de se terem instalado na última fase de deformação hercínica (F3), e ocorrem muitas vezes associados a rochas granodioríticas; III. Granitos pós-tectónicos, geralmente de grão grosseiro e biotíticos, com alguns megacristais de feldspato potássico. A sua geometria alongada N-S, a não existência de estruturas miméticas de anteriores deformações e a ausência de minerais metamórficos evidencía que se instalaram posteriormente à última fase de deformação hercínica. Na região em estudo as formações mais recentes correspondem maioritariamente a depósitos fluviais. A formação mais antiga (dentro deste grupo) situa-se em Cortes, próximo de Monção, e é constituída por arenitos e conglomerados. Os terraços fluviais depositados durante o Plistocénico, com maior expressão na zona de Monção nas margens do rio Minho, são constituídos por calhaus rolados com intercalações argilosas e arenosas. Por último, associados aos vales dos diferentes rios temos os depósitos aluvionares. Os traços estruturais mais marcantes da área são os alinhamentos regionais N-S, correspondendo a fracturas muito extensas, subverticais. Os principais sistemas de fracturação que afectam toda a região traduzem-se essencialmente por desligamentos frágeis tardi-hercínicos, alguns dos quais reactivados no meso-cenozóico. Assim, como direcções principais de fracturação, existem: i) os desligamentos esquerdos ENE-WSW, de que é exemplo o vale do Rio Minho ii) o sistema de desligamentos conjugado WNW-ESE esquerdos e ENE-WSW direitos, iii) o sistema de desligamentos conjugado NNE-SSW esquerdos e NNW-SSE direitos (RIBEIRO e MOREIRA, 1986; MOREIRA e SIMÕES, 1988). As nascentes termais de Monção localizam-se na margem esquerda do rio Minho, no terraço aluvionar situado entre Monção e o leito do rio. Apesar das nascentes emergirem na cobertura sedimentar recente, a água termal está associada às diaclases do maciço granítico subjacente (granito biotítico de grão médio a porfiróide). As nascentes termais encontram-se alinhadas segundo a direcção ENE-WSW apontando para que a sua circulação possa estar controlada por um sistema de falhas. 3 METODOLOGIA Os trabalhos de campo efectuados no decorrer deste estudo tiveram dois objectivos principais: em primeiro lugar proceder à amostragem de águas representativas do sistema termomineral de Caldas de Monção, do rio Minho e ainda dos sistemas aquíferos mais superficiais e de baixa mineralização, aos quais estão associados águas cuja temperatura de emergência é inferior a 18ºC; em segundo lugar, levar a cabo a realização de ensaios de geofísica. As amostras de água colhidas ao longo de duas campanhas foram sujeitas a análises físicoquímicas e análises isotópicas. 4

5 3.1 - Parâmetros isotópicos (δ 18 O, δ 13 C, 3 H e 14 C) No Instituto Tecnológico e Nuclear (ITN), procedeu-se à determinação da composição isotópica das amostras de água ( 18 O, 13 C, 3 H e 14 C). O método de EPSTEIN e MAYEDA foi aplicado nas determinações dos valores de δ 18 O (GONFIANTINI, 1981). As amostras foram medidas posteriormente no espectrómetro de massa Sira 10 da VG ISOGAS. A incerteza média associada a estas medições é de 0,1 o /oo. A utilização das espécies isotópicas estáveis faz-se sob a forma de diferenças relativas ou seja, a partir da razão entre a espécie isotópica mais pesada e a espécie isotópica mais leve e mais abundante, comparada relativamente a um padrão específico. No caso das águas naturais, as diferenças isotópicas existentes entre o padrão e as amostras são muito pequenas. Dado ser mais simples determinar concentrações absolutas nas amostras, os resultados são expressos em notação delta (δ) relativamente a um padrão internacional. O valor (δ) é adimensional, expresso em permilagem ( o /oo): δ ( o /oo) = [(Ramostra/Rpadrão) 1] x 1000 onde, Ramostra representa a razão 13 C/ 12 C ou 18 O/ 16 O enquanto Rpadrão refere-se à mesma razão determinada no padrão. O padrão internacional adoptado em amostras de água para o δ 18 O é o Vienna - Standard Mean Ocean Water (V-SMOW), que fixa por convenção o zero da escala de δ 18 O. Relativamente aos valores de δ 13 C, a composição isotópica ( 13 C) do Carbono Inorgânico Total Dissolvido é expresso em função do padrão internacional V-PDB (Vienna PDB). As concentrações em 3 H em águas naturais são usualmente expressas em Unidades de Trítio (TU Tritium Units). O período de desintegração do trítio é de anos. Este isótopo ambiental radioactivo emite radiações β de baixa energia. A medição dos teores foram efectuadas no ITN, e utilizado o método de enriquecimento electrolítico com posterior detecção dessa espécie através do detector de cintilação líquida PACKARD TRI-CARB 2000 CA/LL. O valor médio do desvio padrão associado a esta técnica varia com a concentração em 3 H da amostra, situando-se próximo de 0.7 TU. Para a determinação do teor em radiocarbono ( 14 C) das águas subterrâneas procedeu-se in situ à precipitação do carbono inorgânico total dissolvido (CITD) através de reacção com cloreto de bário (BaCl2), em condições de ph superiores a 9 (I.A.E.A., 1981). Já em laboratório (ITN) a partir do precipitado carbonato de bário (BaCO3) realiza-se a síntese de benzeno, com vista à medição das taxas de contagem do 14 C através de um detector de cintilação líquida. As determinações foram efectuadas recorrendo ao contador de cintilação líquida PACKARD TRI-CARB Os resultados obtidos são expressos em percentagem de carbono moderno (pmc). pmc = Aamostra / (Aácido oxálico e λ (y-1950) x 100 % onde, Aamostra actividade específica do 14 C determinada na amostra Aácido oxálico actividade específica do 14 C determinada no ácido oxálico (padrão moderno de referência). λ 1/8267 anos y ano de contagem do ácido oxálico. O valor médio do desvio padrão associado varia com a concentração em carbono na amostra, isto é, quanto menor o teor em carbono maior será o erro associado à medição. Por outro lado, no decorrer do processo de síntese de benzeno é sempre retirada uma amostra de dióxido de carbono para determinação do teor em carbono-13 por espectrometria de massa. Os valores de δ 13 C constituem um dos parâmetros necessários para a correcção no cálculo da idade aparente da água subterrrânea. 5

6 3.2 - Parâmetros físico-químicos As amostras de água para análise química foram realizadas pelo Laboratório de Mineralogia e Petrologia do Instituto Superior Técnico (LAMPIST), tendo sido determinados os parâmetros seguintes: alcalinidade total, dureza total, Ca, Mg, Na, K, HCO3, Cl, NO3, SO4. Foram ainda determinados alguns elementos menores nas amostras de água colhidas nas duas campanhas, nomedamente: Li, Fe, Al, F, Rb e Cs. Por se tratar de uma região essencialmente granítica foi ainda determinado o teor em silica total nas amostras. Dos parâmetros físicos in situ foram determinados os valores de temperatura, condutividade eléctrica (CE), potencial redox e ph Geofísica Foram realizados dois perfis de resistividade usando o método dipolo-dipolo especialmente vocacionado para detectar contrastes laterais de resistividade eléctrica. Os perfis foram realizados com uma distância dipolar de 10 m. O perfil nº1 tem um comprimento de cerca de 800 m e o perfil nº 2 tem um comprimento de cerca de 480 m. 4 RESULTADOS OBTIDOS E DISCUSSÃO Em muitas parte do Mundo, tem sido observado um interesse crescente na exploração dos recursos geotérmicos de baixa entalpia, dos quais fazem parte as águas termominerais de Caldas de Monção. Em Portugal diversos estudos têm sido efectuados nesses sistems hidrominerais, localizados em particular na região Norte do país, tendo como objectivo principal a busca de uma melhor caracterização da evolução geoquímica desse grupo particular de águas. Por outro lado, os estudos de geoquímica isotópica têm contribuído para uma melhor caracterização dos sistemas hídricos subterrâneos e esclarecimento de dúvidas relacionadas com a concepção e funcionamento de modelos de circulação e delimitação de áreas de recarga (ex. AIRES-BARROS et al. 1995; 1998; MARQUES et al. 1996, 1998, 2003). 4.1 Caracterização hidroquímica das águas As águas termominerais de Caldas de Monção apresentam um valor médio de temperatura de 48ºC (medições efectuadas nas captações), enquanto que os sistemas aquíferos mais superficiais e de baixa mineralização apresentam valores de temperatura que rondam os 14ºC. É notória a diferença nos valores de resíduo seco, apresentando as águas termominerais apresentam valores entre as 420 e as 470 mg/l, enquanto que os sistemas aquíferos mais superficiais apresentam valores de resíduo seco entre as 24 e as 120 mg/l. Através da observação do Diagrama de Piper (Fig. 2), é possível concluir que estes dois grupos de sistemas aquíferos, embora apresentando diferentes salinidades, pertencem ambos à fácies HCO3-Na. A dispersão observada na distribuição das amostras no Diagrama de Piper estará relacionada, muito provavelmente, com o facto de que as amostras de água dos sistemas aquíferos mais superficiais e de baixa mineralização representarem locais de amostragem (nascentes) situadas ao longo da encosta, coincidentes por vezes com áreas de agricultura intensa, logo sujeitas a diferentes graus de influências externas. A acção antropica é visível por um aumento dos teores em Cl e em SO4 nas nascentes situadas a cotas mais baixas comparativamente com aquelas localizadas em zonas mais isoladas (Nascente da Senhora do Bonfim). Nas amostras de água do sistema termomineral não se observam as variações de teor supra descritas. Num sistema geotérmico a possível mistura dos fluidos geotérmicos com as águas dos sistemas aquíferos mais superficiais é um dos aspectos que deverão ser considerados pois implica uma degradação de qualidade do sistema. No caso particular de Caldas de Monção, a hipótese de mistura dos fluidos geotérmicos com as águas do rio Minho ou com as águas dos sistemas aquíferos mais 6

7 superficiais (de baixa temperatura e mineralização) foi formulada e investigada. Essa mistura, a ocorrer, deveria de ser visível em Diagrama de Piper. Contudo, da análise da Figura 2 não parece confirmar essa hipótese. Figura 2 Diagrama de Piper. (o) águas do sistema termomineral de Caldas de Monção; ( ) águas dos sistemas mais superficiais e pouco mineralizados; ( ) águas do rio Minho. Autores como GARCIA (1986), MARINI e SUSANGKYONO (1999) e MARQUES et al. (2003), ao utilizarem os teores em cloretos das águas (projectados em função dos restantes parâmetros químicos analisados - sódio, cálcio, potassio, nitratos e sulfatos), conseguem identificar processos de mistura em fluidos geotérmicos e as águas superficiais, em diferentes casos de estudo. Projectando os parâmetros supra referidos em função do teor em cloretos (Fig. 3) observa-se em todos os diagramas a existência de dois grupos de águas: um dos grupos é representando pelas águas do sistema termomineral (furos AC1, AC2 e Srª. da Saúde); outro dos grupos é constituído, quer pelas águas dos sistemas aquíferos mais superficiais e de baixa mineralização, quer pelas águas do rio Minho. Nenhuma evidência de mistura parece ocorrer entre estes grupos de águas. Nos diagramas NO3 versus Cl e SO4 versus Cl da Figura 3 observa-se a dispersão dos pontos correspondentes às amostras de água do sistemas aquíferos frios e de baixa mineralização, onde sobressai a concentração elevada em sulfatos e nitratos na chamada Bica dos Milagres, situada a baixa altitude e numa área de intenso uso agrícola. 4.2 Caracterização isotópica das águas No Quadro 1 apresentam-se os dados de composição isotópica das águas termominerais (furos AC1, AC2 e nascente da Srª. da Saúde) de Caldas de Monção, correspondentes a três campanhas de amostragem realizadas na região em Outubro de 1999 (NASCIMENTO, 2000) e Fevereiro de 2002 e Fevereiro de Da análise dos resultados obtidos verifica-se que as águas do furo AC1 (Outubro de 1999) apresentam um teor relativamente elevado em trítio (4.1 TU). Nas amostragens posteriores a concentração em 3 H baixou consideravelmente, apresentando valores correspondentes a fundo - 0 TU, ou não mensuráveis com a técnica utilizada. Para além dessa variação nos teores em 3 H, observa-se 7

8 igualmente variação nos valores δ 18 O (δ 18 O: 6.54 o /oo em 1999; valor médio de 2002 e 2003 = 5.20 o /oo). O desvio isotópico (cerca de 1 o /oo) registado nas águas do furo AC1 em 1999 não é fácil de explicar. Se por um lado, o teor em 3 H mais elevado poderá representar mistura com outro tipo de água, mais moderna, por outro lado, o empobrecimento em 18 O sugere a mistura com uma água cuja área de recarga deverá ser diferente (mais elevada) da do sistema termomineral. Tendo em conta o enquadramento geomorfológico da região em estudo, ambas as condições só fazem sentido caso a água de mistura seja a água do rio Minho. No entanto, o valor δ 18 O da água do rio Minho em 1999 não parece confirmar esta hipótese Na (m g/l) (a) Ca (mg/l) (b) Cl (m g/l) Cl (m g/l) K (m g/l) (c) Cl (m g/l) NO3 (m g/l) (d) Cl (mg/l) SO4 (m g/l) (e) Cl (m g/l) Geothermal borehole w aters Shallow cold dilute w aters Minho river Figura 3 (a) Na versus Cl; (b) Ca versus Cl; (c) K versus Cl; (d) NO3 versus Cl; (e) SO4 versus Cl. Amostras de água colhidas durante as campanhas de 1999 (NASCIMENTO 2000) e 2002 e ( ) águas do sistema termomineral; ( ) águas dos sistemas aquíferos mais superficiais e pouco mineralizados; ( ) águas do rio Minho. É de referir que o rio Minho nasce na serra da Meira, a cerca de 750 m de altitude e depois de passar por Lugo (Espanha) cai para a cota de 200m, recebendo depois a contribuição do seu mais importante afluente, o rio Sil, que nasce na Cordilheira Cantábrica a cerca 1500 m de altitude (LOUREIRO e MACHADO, 1986), por conseguinte, com uma composição isotópica mais empobrecida em isótopos pesados. 8

9 As concentrações em trítio determinadas em todas as amostras de água podem ser utilizadas como um indicador qualitativo da idade aparente das águas subterrâneas. Os teores obtidos variam entre os 0 TU e 5.2 TU, concentrações medidas nas amostras de água dos sistemas aquíferos de baixa mineralização (Quadro 2). Quadro 1 Caldas de Monção composição isotópica e temperatura das águas geotermais medida à saída do furo. AC1 AC2 Srª. Saúde Outubro 1999* T (ºC) δ 18 O ( o /oo) H (TU) 4.1 ± ± ± 1.0 Fevereiro 2002 T (ºC) δ 18 O ( o /oo) H (TU) 0.0 ± ± 0.6 Fevereiro 2003 T (ºC) δ 18 O ( o /oo) H (TU) 0.0 ± ± 0.6 δ 13 C ( o /oo) C (pmc) 4.82 ± ± 0.34 * NASCIMENTO (2000). As concentrações em trítio determinadas nessas amostras caracterizam um tempo de residência relativamente curto, uma vez que os valores obtidos são bastante próximos dos valores da média aritmética da precipitação registada na estação meteorológica da Serra do Pilar (4.5 TU - teor médio calculado com base nos valores mensais da série da base de dados do ITN), situada na cidade do Porto, a aproximadamente a 100 km a Sul de Caldas de Monção. Por outro lado, a ausência desse isótopo radioactivo nas amostras de água do sistema termomineral caracteriza um tempo de residência mais elevado para estas águas. Projectando os resultados isotópicos disponíveis ( 18 O e 3 H) dos três grupos de amostras de água (águas termominerais, águas de baixa mineralização e amostras do rio Minho) observa-se um desvio das amostras de água colhidas durante a primeira campanha realizada em Outubro de 1999 (Fig. 4A). Esta tendência é igualmente verificada projectando os valores de ph em função das concentrações em trítio (Fig. 4B). Da série de resultados obtidos verifica-se que duas amostras de água representando o sistema aquífero termomineral (campanha de 1999) apresentam teores em trítio significativos (nascente da Srª. da Saúde e no furo AC1), sugerindo a mistura com outro sistema hídrico, superficial (ex. rio Minho) e/ou subterrâneo (ex. sistema aquífero de baixa mineralização). No entanto, tendo em conta as razões apresentadas anteriormente, quando da interpretação dos valores δ 18 O, os resultados obtidos não são de fácil interpretação. Durante as campanhas de amostragem realizadas na região foram colhidas várias amostras de água representativas dos sistemas aquíferos frios e de baixa mineralização, amostras estas colhidas em nascentes localizadas a diferentes altitudes (cota de descarga). Assim, estimou-se qual o gradiente 9

10 isotópico para o oxigénio-18 na área de Monção (Fig. 5). O valor de gradiente isotópico obtido foi para o δ 18 O de o /oo / 100 m de altitude. Este valor de fraccionamento isotópico regional enquadra-se no intervalo de valores encontrados na bibliografia científica. Segundo GAT (1980) e YURTSEVER e GAT (1981) os valores de gradiente isotópico variam entre a -0.5 o /oo / 100 m, com um valor médio de empobrecimento em 18 O de 0.26 o /oo / 100 m. Quadro 2 Composição isotópica (δ 18 O e 3 H), temperatura e condutividade eléctrica das amostras de água representativas dos sistemas aquíferos de baixa mineralização. Amostras Data de Amostragem Altitude (m) Temp. (ºC) Cond. Elec. (µs/cm) δ 18 O ( o /oo) 3 H (TU) NS1 10/1999* ± 1.0 (Bica Milagres) 02/ ± / ± 0.6 NS2 10/1999* ± 1.1 (N. S.Lourenço) 02/ ± 0.6 NS3 02/ ± 0.5 (Nasc. Bonfim) Rio Minho 10/1999* ± / ± 0.6 * NASCIMENTO (2000); NS nascente superficial. Com base na relação apresentada na Figura 5, é possível estimar a altitude da área de recarga das águas termominerais de Caldas de Monção. A altitude de recarga calculada para os furos AC1, AC2 e nascente da Srª. da Saúde varia entre os 375 e os 390 m de altitude ( Fig. 5). Os valores de altitude assim estimados estão de acordo com os propostos por LIMA & OLIVEIRA (2000) e LIMA (2001). Estes autores fazem uma estimativa das altitudes das áreas de recarga com bases nos valores δ 18 O da precipitação atmosférica da região. Oxigénio-18 (o/oo) -3,0-4,0-5,0-6,0-7,0 A -8, Tritio(TU) ph B Tritio (TU) Figura 4 (A) δ 18 O versus 3 H; (B) ph versus 3 H. ( ) águas termominerais Outubro 1999; ( ) águas termominerais campanhas de 2002 e 2003; ( ) águas dos sistemas aquíferos de baixa mineralização, Outubro 1999; ( ) águas dos sistemas aquíferos de baixa mineralização, 2002 e 2003; ( ) Rio Minho Outubro 1999; ( ) Rio Minho

11 Figura 5 Diagrama δ 18 O versus altitude, para águas de nascentes associadas a sistemas aquíferos de baixa mineralização. Com vista à determinação do teor em carbono-14 das águas termominerais de Caldas de Monção (furos AC1 e AC2), procedeu-se à precipitação in situ do carbono inorgânico total dissolvido (CITD) e, consequentemente, à determinação da idade aparente da água subterrânea. Os teores obtidos foram 4.82 ± 1.00 pmc no furo AC1 e de 7.43 ± 0.34 pmc no furo AC2 (pmc percentagem de carbono moderno). Utilizando os valores de δ 13 C medidos no CITD de cada amostra e os teores em 14 C estimou-se a idade aparente das águas do sistema termomineral através do modelo de Gonfiantini, admitindo que a actividade inicial é 100 pmc (SALEM et al. 1980): T (anos) = (5730 / ln 2) ln (Co/C) Co = [100 (δhco3 δcarb) / (δsolo δcarb + ε)] (1 + 2ε/1000) em que: C concentração em 14 C (pmc) na amostra Co concentraçõ inicial em 14 C (pmc) na amostra δhco3 δ 13 C do CITD em o /oo (concentração medida na amostra) δcarb δ 13 C da matriz do aquífero (1 ± 1 o /oo) δsolo δ 13 C do CO2 do solo (-25 ± 2 o /oo) ε - factor de enriquecimento isotópico (8.0 ± 0.5 o /oo) A idade aparente em carbono-14 das duas amostras de água termomineral foi calculada através das duas equações anteriores. As idades obtidas variam entre os ± 1.69 ka BP para a água do furo AC2 e ± 2.32 ka BP para a água do furo AC1. Considerando as idades aparentes obtidas e a temperatura de emergência média da água de cada um dos furos é possível admitir que à água do furo AC2 esteja associado um tempo de residência inferior e/ou um percurso subterrâneo menos profundo, comparativamente às águas do furo AC1 5- GEOFÍSICA Na região encontram-se cartografadas como prováveis 3 sistemas de falhas. Estes três sistemas são apontados como passando nas proximidades de Caldas de Monção, pelo que a existência (provável) de um quarto sistema com orientação aproximadamente E-W na zona do rio Minho, 11

12 permitiria criar as condições propícias à subida das águas. A orografia da região parece favorecer um modelo conceptual de circulação em que a(s) zona(s) de recarga do aquífero se encontrarão localizadas a Sul das Caldas, em regiões de cota mais elevada, sendo as águas de recarga posteriormente conduzidas para a área das Caldas por aqueles sistemas de falhas. Assim, o trabalho de geofísica programado para a área de Monção teve como principal objectivo a caracterização da fracturação associada às nascentes das Caldas de Monção (Fig 6). Figura 6 - Mapa cartográfico da região (adaptado da carta topográfica de Monção 1: ). Encontram-se assinalados os dois sistemas de falhas (F1 e F2) e a falha provável (F3). No referente aos trabalhos de geofísica desenvolvidos na área das Caldas de Monção importa referir que o perfil nº 1 foi realizado de modo a cruzar duas das prováveis falhas. De acordo com a informação geológica disponível, os dois sistemas de falhas (marcadas F1 e F2 na Figura 6) deveriam cruzar o perfil aproximadamente nos pontos 200 m e 630 m. O modelo correspondente ao perfil nº 1 é apresentado na Fig. 7. Da observação deste modelo é possível concluir que: 1. a zona de cobertura (primeiros 10 m de terreno) apresentam-se diferenciados a Oeste e a Leste do ponto de coordenada 400 m, evidenciando resistividades mais elevadas para Leste, 2. para profundidades compreendidas entre 15 e 30 m, o modelo mostra zonas de elevada resistividade intercaladas com zonas condutoras. 3. para profundidades superiores a 30 m apresenta duas zonas (as principais) de baixa resistividade aproximadamente nos pontos 400 e m. A interpretação do perfil nº 1 sugere que a falha F3 poderá estar associada ao contraste de resistividade que o modelo evidencia no ponto 640 m. A falha F2 (tal como marcada na carta geológica) não parece ter uma correspondência clara a uma zona anómala no perfil de resistividades. Contudo as zonas condutoras entre os pontos 320 m e 500 m, poderão corresponder a zonas de fractura (e ou de alteração) com circulação de fluido hidromineral. A condutividade eléctrica das águas de Monção varia entre 650 a 750 µs/cm, ou seja, a sua resistividade eléctrica varia entre 13.3 a 15 ohm-m. Utilizando a relação de Archie e os modelos de resistividade obtidos, é possível estimar-se a 12

13 porosidade das formações. A lei de Archie estabelece a relação entre a resistividade da formação ρe, a porosidade φ, o grau de saturação Sw e a resistividade da água ρw contida nos poros da rocha. Os parâmetros a, n e m dependem do tipo de porosidade (ou fracturação). ρe = a ρw Sw -n φ -m A análise dos resultados mostra que, mesmo considerando a existência de água em todo o terreno, a porosidade é normalmente baixa (inferior a 20%), verificando-se geralmente com boa correlação com a fracturação conhecida. Figura 7 Perfil dipolo-dipolo nº1. De cima para baixo observa-se a pseudo-secção de resistividade aparente de campo; a pseudo-secção de resistividade aparente resposta do modelo e modelo de resistividades. 6 CONSIDERAÇÕES FINAIS As águas termominerais de Caldas de Monção, classificam-se como bicarbonatadas sódicas, revelando forte dependência das formações geológicas envolventes. O Na +, catião predominante quer nas águas termominerais quer nas águas superficiais pouco mineralizadas, relaciona-se com a alteração das plagioclases sódicas predominantes nos granitos. Com base nos valores de δ 18 O determinados dos furos AC1 e AC2 de Caldas de Monção e nas nascentes pouco mineralizadas da região, estima-se que a área de recarga do sistema termomineral, deverá situar-se entre em torno dos 400 m de altitude (a Sul de Caldas de Monção). Nas amostras de água termomineral não foram detectados teores em trítio (excepto na campanha de Outubro de 1999), o que caracteriza um tempo de residência superior a 60 anos. Pelo contrário, nas águas pouco mineralizadas, os teores em 3 H situam-se em torno das 3 TU. A contribuição das águas do rio Minho para o sistema deverá ser mínima a inexistente. 13

14 Através do método de datação por radiocarbono, calculou-se a idade aparente da água subterrânea do sistema termomineral por análise ao carbono inorgânico total dissolvido. As idades aparentes em 14 C obtidas foram 14,1 e 18,5 ka BP nos furos AC2 e AC1, respectivamente. De acordo com os resultados da geofísica os sistemas de falha NE-SE a N-S poderão ser os respnsáveis por uma circulação mais profunda da água subterrânea conferindo-lhe um carácter mais mineralizado. AGRADECIMENTOS O estudo realizado foi suportado pelo Projecto POCTI/39435/CTA/2001 da Fundação para a Ciência e a Tecnologia. BIBLIOGRAFIA AIRES-BARROS, L.; MARQUES, J.M.; GRAÇA, R.C. Elemental and Isotopic Geochemistry in the Hydrothermal Area of Chaves / Vila Pouca de Aguiar (Northern Portugal). Environmental Geology, 25 (4) pp AIRES-BARROS, L.; MARQUES, J.M.; GRAÇA, R.C.; MATIAS, M.J.; WEIJDEN CH van der, KREULEN R.; EGGENKAMP, H.G.M. Hot and Cold CO2-Rich Mineral Waters in Chaves Geothermal Area (Northern Portugal). Geothermics 27 (1) pp GARCIA, D. Étude Isotopic et Géochimique des Eaux Thermales des Vosges Méridionales, Application Géothermique. Document BRGM, 112, Thèse de 3e Cycle, Université des Sciencces et Techniques du Languedoc. Académie de Montpellier pp GAT, J.R. The Isotopes of Hydrogen and Oxygen in Precipitation, in Handbook of Environmental Isotope Geochemistry, Vol. 1 (eds. P. Fritz & JCh Fontes), Elsevier, Amsterdam pp GONFIANTINI, R. The δ Notation For Expressing Stable Isotope Ratio Variations, in Stable Isotope Hydrology. Deuterium and Oxygen-18 in the Water Cycle. International Atomic Energy Agency. Technical Reports Series N o 210, Vienna pp IAEA, 1981 Sampling of Water for 14 C Analysis. International Atomic Energy Agency. Isotope Hydrology Laboratory. Vienna, pp. 7. LIMA, A.S. Hidrogeologia de Terrenos Graníticos. Minho Portugal. Tese de Doutoramento. Universidade do Minho pp. 451 LIMA, A. S.; OLIVEIRA SILVA, M. Utilização de Isótopos Ambientais na Estimativa das Áreas de Recarga em Regiões Graníticas (Minho NW de Portugal), in: Las aguas subterráneas en el Noroeste de la Península Ibérica. J. Samper, T. Leitão, L. Fernandez & L. Ribeiro (Eds). Asociación Internacional de Hidrogeólogos-Grupo Espanol / Associação Portuguesa dos Recursos Hídricos. Ministerio de Ciencia & Tecnología. Instituto Geológico & Minero de Espana pp LOUREIRO, J.J.M.; MACHADO, M.L.R. Bacia Hidrográfica do Rio Minho, in Monografias Hidrológicas dos Principais Cursos de Água de Portugal Continental. D.G.R.A.H., Lisboa pp MARINI, L.; SUSANGKYONO, A.E. Fluid Geochemistry of Ambon Island (Indonesia). Geothermics, pp MARQUES, J.M.; AIRES-BARROS, L.; GRAÇA, R.C. The Origin and Relation Among Hot and Cold CO2-Rich Mineral Waters in Vilarelho da Raia - Pedras Salgadas Region, Northern Portugal: A Geochemical Approach. Geothermal Resources Council Transactions pp MARQUES, J.M.; CARREIRA, P.M.; AIRES-BARROS, L & GRAÇA, R.C. About the Origin of CO2 in Some HCO3/Na/CO2 Rich Portuguese Mineral Waters. Geothermal Resources Council Transactions, 22, September pp

15 MARQUES, J.M. Geoquímica dos Fluidos e da Interacção Água-Rocha: os Casos das Águas Mineralizadas Quentes e Frias de Chaves, Vilarlho da Raia, Vidago e Pedras Salgadas. Tese de Doutoramento. Instituto Superior Técnico. Universidade Técnica de Lisboa pp MARQUES, J.M.; ESPINHA MARQUES, J.; CARREIRA, P.M.; GRAÇA, R.C.; AIRES-BARROS, L.; CARVALHO, J.M.; CHAMINÉ, H.I. & BORGES, F.S. Geothermal Fluids Circulation at Caldas do Moledo Area, Northern Portugal: Geochemical and Isotopic Signatures. Geofluids, pp MEDEIROS, A.C.; TEIXEIRA, C.; LOPES, J.T.; PALÁCIOS, T. Carta Geológica de Portugal na Escala 1: Notícia Explicativa da Folha 5-B (Ponte da Barca). Serviços Geológicos de Portugal, Lisboa p.. MOREIRA, A.; SIMÕES, M. Carta Geológica de Portugal na Escala 1: Notícia Explicativa da Folha 1-D (Arcos de Valdevez). Serviços Geológicos de Portugal, Lisboa pp. 48. NASCIMENTO, I.B. Contribuição Para o Conhecimento das Águas Subterrâneas da Região de Monção. Tese de Mestrado. Instituto Superior Técnico. Universidade Técnica de Lisboa pp. 92. PEDROSA, M. Y. Carta Hidrogeológica de Portugal na escala 1: Notícia Explicativa da Folha 1. Instituto Geológico e Mineiro Departamento de Hidrogeologia, Lisboa pp. 70. RIBEIRO, M.L.; MOREIRA, A. Carta Geológica de Portugal na escala 1: Notícia Explicativa da Folha 1-B (Monção). Serviços Geológicos de Portugal, Lisboa pp. 46. ROZANSKI, K; ARAGUÁS, L.A & GONFIANTINI, R. Isotopic Patterns in Modern Global Precipitation, in Climate Change in Continental Isotopic Records. Geophysical Monograph 78. American Geophysical Union pp SALEM, O.; VISSER, J.M.; DRAY, M.; GONFIANTINI, R. Groundwater Flow Patterns in the Western Libyan Arab Jamahiriya Evaluated From Isotopic Data, in IAEA (ed) Proc. Advisory Group Meeting. Arid-Zone Hydrology: investigation with isotope techniques, Vienna pp YURTSEVER, Y.; GAT, J.R. Atmospheric Waters, in Stable Isotope Hydrology Deuterium and Oxygen-18 in the Water Cycle. International Atomic Energy Agency, Technical Reports Series, 210, Vienna pp