ALGUNS DADOS SOBRE GEOTERMIA E FLUXO DE CALOR EM ÁFRICA E EM MOÇAMBIQUE

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1 Proceedings CLME2014 / IVCEM 7º Congresso Luso-Moçambicano de Engenharia / IV Congresso de Engenharia de Moçambique Inhambane/Moçambique, Abril 2014 Artigo Nº A ALGUNS DADOS SOBRE GEOTERMIA E FLUXO DE CALOR EM ÁFRICA E EM MOÇAMBIQUE Maria Rosa Alves Duque (*) Universidade de Évora, Departamento de Física-Évora, Portugal (*) mrad@uevora.pt RESUMO Apesar de no SE de África se localizar o chamado Vale do Rifte Africano, verifica-se que África é o continente onde se explora e se usa menos energia geotérmica. No trabalho apresentado por Bertani (2013) só aparecem dois países africanos com exploração de Energia geotérmica (a Etiópia com 7 MW e o Quénia com 204 MW), sendo o total apresentado para África, 0,2 GW. No presente trabalho apresentam-se dados de fluxo de calor, existência de nascentes termais e respetivas temperaturas, publicados para África e, em particular para a região de Moçambique. Interpretaremos também os dados de magnetismos e radioatividade obtidos no interior de Moçambique fazendo a ligação com as nascentes termais existentes nessas regiões. Os valores encontrados de temperaturas de nascentes termais, e os restantes dados geofísicos analisados, permitem-nos dizer que Moçambique possui recursos energético relativamente abundantes para uso direto. Este facto não quer dizer, no entanto, que se forem feitos furos profundos não se encontrem reservatórios com temperaturas mais elevadas e passíveis de serem utilizadas para produção de eletricidade Palavras-chave: Energia geotérmica, fluxo de calor, temperatura, radioatividade, magnetismo 1. INTRODUÇÃO Está previsto que no ano de 2020 o mundo utilize MW de energia geotérmica (Bertani,2013). A energia elétrica, de origem geotérmica, produzida em 2012, foi 17 GW. A capacidade instalada em 2010 era 10,9 GW e em ,6 GW. Este interesse crescente pela energia geotérmica deve-se ao facto de ela ser uma energia limpa, renovável, e sustentável, que pode substituir outras formas de energia, mas também ao facto de, depois de começar a fase de exploração, ela ser uma energia relativamente barata e poder ser obtida em regiões fora das regiões onde se situam as centrais convencionais. O interesse por este tipo de energia vem associado a um maior conhecimento dos fluxos de calor medidos à superfície do globo e das regiões com gradientes de temperatura elevados e que são zonas passíveis de exploração geotérmica. Este conhecimento tem sido acompanhado pela descoberta de sistemas geotérmicos afastados das regiões onde historicamente se conhecem explorações geotérmicas, que são regiões nos bordos das placas tectónicas e vulcanicamente ativas. África é o continente onde menos se explora e utiliza energia geotérmica. No trabalho apresentado por Bertani (2013) só aparecem dois países africanos com exploração de Energia geotérmica (a Etiópia com 7 MW e o Quénia com 204 MW), sendo o total apresentado para África, 0,2 GW. Na utilização direta de energia geotérmica Lund et al (2010) mencionam como utilizadores a Argélia, o Egipto, a Etiópia, o Quénia, Marrocos, África do Sul e Tunísia, totalizando 684,7 GWh/ano para toda a África. No mesmo trabalho, é referido haver -1-

2 conhecimento de utilização de águas quentes de origem geotérmica, para banhos e natação, na Zâmbia e em Moçambique não havendo informação disponível sobre esse aproveitamento. 2.ALGUNS DADOS GEOLÓGICOS Quando olhamos para o Mapa Geológico de África, podemos ver na parte Este, um dos mais extensos vales de rift existentes à superfície da Terra, estendendo-se desde a Jordânia, no Sudoeste da Ásia, até Moçambique, no Sudeste de África. O sistema referido tem um comprimento de 6400 km e, em média, a sua largura varia entre 48 e 64 km. O sistema é formado por dois braços. O braço principal, o Vale de Rift de Este, estende-se desde o Rio Jordão e Mar Morto até ao Quénia, e continua, na sua parte Sul, através de Moçambique, indo até ao Oceano Índico, perto da cidade da Beira. Os países Africanos atravessados por este sistema são: Etiópia, Uganda, Quénia, República do Congo, Tanzânia, Malawi e Moçambique. O sistema referido tem uma idade de 30 milhões de anos. No Vale de Rift de este ocorrem numerosos vulcões datados do Quaternário recobrindo materiais associados a vulcanismo do Miocénico e do Pliocénico. Os materiais constituintes dos vulcões indicam a presença de corpos quentes pouco profundos (câmaras de magma). A atividade geotérmica Figura 1. Localização do Sistema de Rift da parte Este de África mostrando alguns dos vulcões historicamente ativos nestas regiões está relacionada com a existência destas bolsas de magma pouco profundas que são consideradas as fontes de calor mais importantes dos sistemas geotérmicos associados ( Omenda,2007). A superfície de grande parte do território de Moçambique, em especial a parte Sul, é constituída por aluviões e sedimentos terrestres datados do Quaternário e do Mesozoico, respetivamente. As rochas de natureza vulcânica aparecem junto da fronteira do lado Oeste, no Sul do país, e na zona Noroeste e Centro-Oeste, aparecem rochas vulcânicas e metamórficas. -2-

3 3. FLUXO DE CALOR A existência de fluxo de calor elevado numa dada região pode estar associada a fluxo de calor proveniente do manto e / ou a fontes de calor na crusta ou próximas da superfície (concentrações elevadas de elementos radioativos e/ ou existência de bolsas magmáticas). Existem dois parâmetros que parâmetros que contribuem para o valor do fluxo de calor, a condutividade térmica das rochas e o gradiente de temperatura. A condutividade térmica elevada pode estar associada à existência de rochas metamórficas e com vestígios de minério. Os gradientes de temperatura elevados aparecem associados à existência de fontes térmicas e em zonas (bacias sedimentares) onde mesmo tendo o fluxo de calor um valor médio, o gradiente tem um valor relativamente elevado devido ao facto de a condutividade térmica dos sedimentos apresentar valores relativamente baixos. 3.1 Fluxo de calor em África Quando olhamos para a localização dos dados de fluxo de calor em África (ver figura 2 ) verificamos que ainda existem muitas regiões sem dados ou com poucos dados de fluxo de calor (como toda a parte central de África e também Angola e Moçambique). Figura 2. Localização de dados de fluxo de calor em África ( International Heat Flow Data Base) Pela figura apresentada podemos ver que a maioria dos dados de fluxo de calor obtidos em África têm valores compreendidos entre 40 e 70 mw m -2, não existindo valores elevados de fluxo de calor. O trabalho apresentado por Vieira e Hamza (2012) utiliza 859 valores de fluxo de calor de origem geotérmica, obtidos em África. Olhando para a distribuição de dados obtida a nível mundial, podemos ver que na região de Moçambique os valores do fluxo se situam em torno de 40 mw m -2, no entanto, no relatório com o título Estratégias de -3-

4 Desenvolvimento de Energias Novas e Renováveis (EDENR) para o Período de , na página 25, é dito que foram identificadas, em Moçambique, 30 fontes termais, em algumas regiões do centro e Norte do país, com temperatura superior a 60ºC, apresentando fluxos de calor com valores entre 70 e 170 mw m -2. O relatório referido não apresenta bibliografia, não se sabendo qual a localização exata dos dados. Figura 3. Distribuição de dados de fluxo de calor a nível mundial, obtida por Hamza et al (2010) A análise do mapa mundial de fluxo de calor mostra-nos que em África se esperam dados de fluxo de calor relativamente baixos (Dados iguais ou inferiores a 50 mw m -2 ) com exceção da zona Nordeste e Norte (junto do Estreito de Gibraltar) onde o fluxo terá valores entre 60 e 70 mw m -2. Este facto permite-nos dizer que as anomalias de fluxo de calor que venham a ser medidas corresponderão a áreas relativamente pequenas e com fontes relativamente próximas da superfície. 3.2 Fluxo de calor em Moçambique Os dados de fluxo de calor obtidos em Moçambique foram apresentados por Martinelli et al (1995), tendo sido obtidos com base em dados de temperatura, obtidos em furos feitos para prospeção de petróleo, durante os intervalos de tempo em que paravam os trabalhos de perfuração. As temperaturas obtidas são dados de fundo de furo (BHT). A localização dos dados referidos encontra-se na figura 4. Os valores que se encontram ao lado dos círculos a preto são dados de fluxo de calor, obtidos por diversos autores. No trabalho referido foram utilizados dados de 35 furos na Bacia de Moçambique. Devido a falta de dados que possibilitassem a obtenção de temperaturas de equilíbrio foi calculado um gradiente de -4-

5 temperatura a partir de dados BHT tendo sido feita depois uma correção. Também foram Figura 4. Mapa onde se pode ver a localização de furos feitos para prospeção de petróleo, com dados utilizados para estimar o valor do fluxo de calor na Bacia de Moçambique e na Bacia de Rovuma. Os números ao lado dos círculos a negro representam o valor do fluxo de calor medido. Podemos ver claramente no Norte do país, junto ao lago Niassa, valores de 145, 170 e 172mWm -2 (dados obtidos por vários autores). Os círculos abertos referemse ao trabalho descrito no texto. calculados gradientes de temperatura em 11 furos com dois ou mais valores de temperatura (BHT) medidos com intervalos longos de profundidade. Os gradientes de temperatura obtidos situam-se entre 15,5 ºC km -1 e 25,1 ºC km -1. Os furos que possam estar associados a extensões das zonas de rift apresentam os valores mais elevados, comparados com as outras regiões. Na -5-

6 Bacia de Rovuma, no Norte de Moçambique, foi possível estudar um furo onde os dados de temperatura permitem definir um gradiente de temperatura de 39,1 ºC km -1.Utilizando um valor de condutividade térmica estimado, de 2 W K -1 m -1, os autores referidos obtiveram valores de 57 mw m -2, para a Bacia de Moçambique e 106 mw m -2, para a Bacia de Rovuma. Devemos recordar que o valor obtido para a Bacia de Moçambique é um valor médio, podendo existir locais com gradientes de temperatura mais elevados. O valor da condutividade térmica também pode variar de local para local, visto que é dito que alguns furos podem estar em extensões de rifts. Dados obtidos duas Bacias Costeiras do Mesozoico (Nyblade et al,1990) conduziram a valores médios de 67 e 69 mw m -2. Devemos assinalar, no entanto, que os valores obtidos numa bacia se situam entre 54 e 97 mw m -2 (Quénia) e 51 e 87 mwm -2 na outra (Tanzânia), observando-se, portanto, furos com valores de fluxo acima da média. O mapa da figura 4 mostra-nos valores de fluxo elevados (entre 97 e 172 mw m -2 ) junto do Lago Niassa, no Norte de Moçambique. 4.FONTES TERMAIS E RESPETIVAS TEMPERATURAS As fontes termais existentes em Moçambique são apresentadas por Steinbruch (2008) e encontram-se na figura 5. As temperaturas das nascentes termais em Moçambique situam-se entre 37 e 95 ºC, estando as temperaturas acima de 50ºC associadas a margens de rift (Lachelt,2004).Podemos ver pela figura 5 que a maioria das nascentes termais se localizam no centro e Norte do país, existindo uma pequena região no Sul do país, com 7 nascentes termais.de acordo com o trabalho referido, nove nascentes termais são ativamente exploradas no país, pretendendo-se vir a explorar uma nascente localizada na Província de Sofala. Os estudos apresentados sugerem que a fonte de água desta nascente será a Montanha da Gorongosa. A datação com carbono 14 sugere que esta água terá uma idade de anos. A água nesta região surge à superfície com temperaturas entre 42 e 64,5º C. Dados obtidos com o geotermómetro de sílica apontam para temperatura máxima a que esteve submetida esta água, o valor de 132ºC. Considerando um gradiente geotérmico de 21,1 ºCkm -1 e uma temperatura superficial média de 24 ºC, o reservatória desta água deverá estar a profundidades superiores a 5000 m. Martinelli et al (1995) apresentam valores de temperaturas de reservatório obtidas, com geotermómetros, para 11 localidades. Os valores estimados situamse entre 61 e 166ºC. 5. OUTROS DADOS Para que uma nascente termal possa ser explorada para uso direto não é suficiente que a temperatura das suas águas seja igual ou superior a 40 º C. É necessário ter-se conhecimentos acerca do seu possível reservatório e da origem da água disponível, sendo recomendável que se tenha uma ideia do tempo necessário para repor água no reservatório de modo a não retirar mais água do que a depositada e não secar a nascente. O conhecimento do gradiente geotérmico da região é um dado muito importante para se ter uma ideia da profundidade do reservatório. Se, por outro lado, conseguirmos ter uma ideia da localização do reservatório, utilizando outros métodos, é possível conhecer a temperatura em profundidade, atendendo a que os termómetros geoquímicos são relativamente económicos mas os seus resultados podem vir afetados por vários fatores que podem alterar o conteúdo dos diferentes elementos químicos encontrados na água. O conhecimento de gradientes de temperatura e fontes térmicas em regiões onde não existem nascentes termais pode também ser importante para a -6-

7 localização de aquíferos confinados e reservatórios que não estejam em contato com a superfície. Figura 5. Localização de nascentes termais em Moçambique.5.1 Sismicidade A sismicidade que ocorre em Moçambique está associada com atividade tectónica ao longo do Sistema de Rift do Este de África. A localização dos sismos que ocorreram desde 1891 a 2008 está representada na figura 6. Devido a falta de sismómetros próximos da região onde ocorrem os sismos, não se encontram representados sismos de baixa magnitude que deverão ocorrer devido à existência já referida de bolsas de magma a baixa profundidade e devido ao facto de estarmos numa região de fronteira entre a placa Africana no Oeste e a placa da Somália no Este. No mapa está representada a região da província de Manique onde ocorreu, a 23 de Fevereiro de 2006, um sismo de magnitude 7,numa falha que não aflora à superfície, próxima de Chitobe., no centro de Moçambique. -7-

8 Figura 6. Sismicidade detetada em Moçambique entre 1891 e 2008 (Pule e Saunders,2009). Podemos ver claramente a grande mancha de sismos coincidente com o vale de rift. Pule e Saunders (2009) apresentaram um trabalho onde é analisada a sismicidade de Moçambique, tendo encontrado 93 clusters de sismos. A maioria dos sismos, segundo estes autores, tem uma magnitude de Dados de gravimetria Os dados de gravimetria que utilizamos foram publicados pelo Geological Survey of Filand em 2008, e foram obtidos no Centro e no Sul de Moçambique. Podemos ver que em grande parte da zona estudada as anomalias são negativas, mas na parte Sul do país, na zona com nascentes termais, a anomalia é positiva. As anomalias gravíticas não parecem seguir exatamente a geologia superficial. Pelo mapa podemos ver que as rochas máficas do grupo de Karoo (Regiões A e B) correspondem a anomalias positivas. Os flancos suaves das anomalias sugerem que estas rochas descem por baixo da cobertura sedimentar mais leve (em C),a Sudeste de A e a Nordeste de B. Nas regiões offshore (D) temos valores elevados de gravidade devido a rochas máficas do fundo do mar e a manto superior pouco profundo. O valor elevado da gravidade em E indica a existência de rochas de densidade elevada por baixo das rochas sedimentares menos densas. -8-

9 Figura 7. Mapa gravítico do centro e Sul de Moçambique (Ruotoistenmaki,2008) -9-

10 5.3 Dados de magnetismo Figura 8. Dados de magnetismo para a parte Oeste de Moçambique (Ruotoistenmaki,2008) -10-

11 Os dados de magnetismo utilizados neste trabalho cobrem apenas a parte Oeste de Moçambique, e encontram-se na figura 8. Em geral a densidade de medições magnéticas é superior à dos dados de gravimetria, o que faz com que eles sejam mais sensíveis a fontes pouco profundas. Olhando para a figura 8 verificamos que as rochas máficas de Karoo estão representadas por uma região linear longa com anomalia positiva (em A). Na região B temos também uma anomalia linear bem definida, mas o campo magnético é menos intenso. Estas regiões podem ser zonas de rift antigos, com rochas máficas introduzidas dentro de fraturas extensivas. Os valores menos elevados encontrados em B poderão indicar uma região com temperaturas mais elevadas. Podemos ver também que estas rochas se encontram por baixo da camada sedimentar em C, a Sudeste de A e Nordeste de B. Este mapa mostra claramente que a anomalia A é um bloco individual, que separa blocos sedimentares com anomalias baixas (em C) de regiões fortemente enrugadas, com anomalias magnéticas elevadas, a Noroeste de A. Na região a Sul de A e a Oeste de C podemos assinalar a existência de anomalias semicirculares e circulares que podem ser associadas a fontes intrusivas quentes, existentes por baixo da camada sedimentar. 5.4 Dados de radioatividade Os dados radiométricos obtidos em Moçambique parecem ter uma informação excecional devido à cobertura relativamente fina de vegetação e pequeno número de lagos e pântanos. Os dados radiométricos medidos na zona Oeste de Moçambique dizem respeito a existência de potássio, urânio e tório e também a radiação total. As figuras 9 e 10 representam a radioatividade associada à existência de urânio e a radiação total, respetivamente. Na zona Noroeste dos mapas pode ver-se claramente que se trata de uma região com concentrações elevadas de potássio, tório e urânio. Devido aos valores elevados de radioatividade podemos prever para estes regiões valores elevados de fluxo de calor e de temperatura. Os dados de fluxo de calor que se mostram na figura 4 confirmam esta afirmação. As rochas do grupo de Karoo estão relacionadas com anomalias radiométricas elevadas. Os dados radiométricos ajustam-se bem aos dados geológicos existentes (Ruotoistenmaki,2008). 6.ALGUNS COMENTÁRIOS E CONCLUSÕES O território de Moçambique tem características que fazem dele uma região onde deverão localizar-se regiões de temperatura e fluxo de calor elevados, passíveis de exploração geotérmica. Os dados de sismologia indicam claramente a localização da parte Sul do sistema de Rift da África de Este. Os sismos podem estar associados a problemas tectónicos relacionados com o movimento das placas Africana e a placa da Somália mas também à existência de bolsas de magma a pequena profundidade. Estas bolsas de magma podem, eventualmente, ser responsáveis pela existência de temperaturas elevadas e até de depósitos geotérmicos. Os mapas de radioatividade mostram claramente regiões com radioatividade elevada, que poderão estar associadas a valores elevados de fluxo de calor. Os dados de magnetismo e gravimetria são também uma boa ajuda para podermos inferir algumas informações. A realização de trabalhos que conduzissem à cobertura de todo o território seria um dado importante para o conhecimento do estado térmico da região. Devemos, no entanto, acrescentar que a informação obtida com estes dados é apenas a necessária para a escolha das regiões a estudar. -11-

12 Figura 9. Dados de radioatividade. Radiação devida ao urânio e radiação total REFERÊNCIAS Bertani,R.,Status of a Geothermal World, Proceedings of EGEC 2013,Pisa,Itália,2013. Hamza,V.M.,Vieira,F.P.,Global Distribution of the Lithosphere-Asthenosphere Boundary:aNew Look, Solid Earth Discussions,4, , Hamza,V.M.,Cardoso,R.R.,Alexandrino,C.H., A magma accretion model for the formation of oceanic lithosphere: Implications for global heat loss,international Journal of Geophysics, Lund,J.W.,Freeston,D.H.,Boyd,T.L., Direct Utilization of Geothermal Energy 2010 Worldwide Review, Proceedings of the World Geothermal Congress, 1-23,2010. Martinelli,G.,Dongarra,G.,Jones,M.Q.W., Rodriguez,A., Geothermal Features of Mozambique:Country Update, Proceedings of the World Geothermal Congress, ,1995. Omenda,P.A.,The Geothermal Activity of The east African Rift, Short Course II on Surface Exploration for Geothermal Resources, Kenya,

13 Pule,T.,Saunders,I., Recent seismicity in the Mozambique region and its impact/effects on South Africa,11 th SAGA Biennial Technical Meeting and Exhibition Swaziland, , República de Moçambique, Ministério da Energia, Estratégia de desenvolvimento e energias novas e renováveis (EDENR) para o período de Ruotoistenmaki,T.,Geophysical maps and petrophysical data of Mozambique,Geological Survey of Finland, Special paper 48,65-80,2008. Steinbruch,F.,Merkel,B.J., Characterization of a Pleistocene Thermal Spring in Mozambique, Hydrogeology Journal, 14 pag,