Parâmetros físicos de sedimentos em testemunhos do estuário do rio Piraquê, Aracruz - ES.

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1 UNIVERSIDADE FEDERAL DO ESPÍRITO SANTO CENTRO DE CIÊNCIAS HUMANAS E NATURAIS DEPARTAMENTO DE OCEANOGRAFIA CURSO DE GRADUAÇÃO EM OCEANOGRAFIA FLORENÇA NUNES BISI Parâmetros físicos de sedimentos em testemunhos do estuário do rio Piraquê, Aracruz - ES. VITÓRIA

2 FLORENÇA NUNES BISI Parâmetros físicos de sedimentos em testemunhos do estuário do rio Piraquê, Aracruz - ES. Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Curso de Graduação em Oceanografia, do Departamento de Oceanografia da Universidade Federal do Espírito Santo, como requisito parcial para a obtenção do título de Bacharel em Oceanografia. Orientador: Prof. Dr. Alex Cardoso Bastos. VITÓRIA 2013

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4 Parâmetros físicos de sedimentos em testemunhos do estuário do rio Piraquê, Aracruz - ES. por Florença Nunes Bisi Submetido como requisito parcial para a obtenção de grau de Oceanógrafo na Universidade Federal do Espírito Santo Abril de 2013 Florença Nunes Bisi Por meio deste, o autor confere ao Colegiado do Curso de Oceanografia e ao Departamento de Oceanografia da UFES permissão para reproduzir e distribuir cópias parciais ou totais deste documento de trabalho de conclusão de curso para fins não comerciais. Assinatura do autor... Curso de graduação em Oceanografia Universidade Federal do Espírito Santo Certificado por... Alex Cardoso Bastos Prof. Adjunto Orientador CCHN / DOC / UFES Certificado por... Profª. Drª. Valéria da Silva Quaresma Profa. Adjunto / Examinador Interno / Presidente da Banca CCHN / DOC / UFES Certificado por... Jacqueline Albino Profa. Adjunto / Examinador Interno CCHN / DOC / UFES Certificado por... Alex Evaristo da Silva Msc. / Examinador Interno CCHN / DOC / UFES Aceito por... Ângelo Fraga Bernardino Prof. Adjunto / Coordenador do Curso de Oceanografia CCHN/DOC/UFES

5 AGRADECIMENTOS Seria uma extrema injustiça se eu deixasse de citar uma só pessoa que participou da minha vida durante esses anos do curso, assim, de modo sucinto agradeço a todas as pessoas que fizeram parte do meu dia-a-dia, seja com um simples sorriso de bom dia; com palavras de apoio; com compartilhamentos de planos para o futuro; com crises de riso; com momentos de desânimo total; com longos telefonemas; com dias e noites de estudo; com aulas de campo animadas; com conversas acadêmicas; com boas energias; como companhia nas festas; nos congressos e com a orientação e apoio do trabalho desenvolvido. Agradeço ao universo pela oportunidade de convivência e aprendizado com vocês e agradeço verdadeiramente de coração cada contribuição, a seu modo, para o meu desenvolvimento profissional e pessoal, meu amadurecimento, que fizeram todos esses anos serem tão bons, sintam-se aqui lembrados. Ao programa PRH29 e à ANP pelo apoio financeiro.

6 ... eu devia estar alegre, satisfeito, por ter conseguido tudo o que eu quis, mas confesso abestalhado que estou decepcionado. Porque foi tão fácil conseguir e agora eu me pergunto, e daí? Eu tenho opções de coisas grandes pra conquistar e eu não posso ficar aqui parado... Raul Seixas (Raulzito)

7 RESUMO A análise de testemunhos ainda encapsulados, utilizando diversos sensores, permite a obtenção de informações que auxiliam a descrição e a interpretação de camadas sedimentares. Assim, este trabalho tem como principal objetivo analisar os parâmetros físicos (velocidade da onda P, densidade gama, susceptibilidade magnética, impedância acústica e coeficiente de reflexão) de dois testemunhos coletados em ambiente estuarino (estuário do rio Piraquê, Aracruz ES). Dois testemunhos (PM1 e PA2) foram perfilados, totalizando 2,17m de material, e submetidos ao Multi Sensor Core Logger da Geotek para as medições de velocidade da onda P, densidade gama e susceptibilidade magnética. A partir do material coletado e posterior análise sedimenológica, três tipos distintos de sedimentos foram caracterizados: lama, lama arenosa e areia lamosa, além da ocorrência de conchas e/ou fragmentos de conchas. Após compilação e análise dos dados, resultados satisfatórios foram encontrados, sendo o testemunho PM1 com maior variabilidade de valores de velocidade da onda P, enquanto o testemunho PA2 com menor variabilidade (devido, principalmente, a sua natureza mais homogênea). Assim, distinguiram-se cinco padrões de propagação da velocidade da onda P para o PM1 (A, B, C, D e E), além de sete padrões de densidade gama (1, 2, 3, 4, 5, 6 e 7). Já para o PA2, foram caracterizados dois padrões de propagação da velocidade da onda P (F e G) e dois padrões de densidade gama (8 e 9).

8 LISTA DE FIGURAS Figura 1-Mapa de granulometria média dos sedimentos superficiais e em destaque os pontos amostrais nos dois rios do SEPAPM Figura 2 -Gráficos gerados a partir dos dados medidos pelo MSCL (PM1) Figura 3 -Gráficos gerados a partir dos dados medidos pelo MSCL (PA2) Figura 4 -Fotografias dos testemunhos Figura 5 -Figura esquemática do (MSCL) produzido pela Geotek Figura 6 -Fatores que influenciam a qualidade dos dados Figura 7 -Fotografia do MSCL Figura 8 -Gráficos originais do PM1, em destaque (linha tracejada vermelha) os centímetros que foram desconsiderados Figura 9 -Gráficos originais do PA2, em destaque (linha tracejada vermelha) os centímetros que foram desconsiderados Figura 10 -Descrição do Testemunho PM Figura 11 -Descrição do Testemunho PA Figura 12 -Caracterização de padrões (camadas A, B, C, D e E), do testemunho PM1, para a Velocidade da Onda P Figura 13 -Caracterização de padrões (camadas 1, 2, 3, 4, 5, 6 e 7), do testemunho PM1, para a Densidade Gama Figura 14 -Caracterização de padrões (camadas F e G), do testemunho PA2, para a Velocidade da Onda P Figura 15 -Caracterização de padrões (camadas 8 e 9), do testemunho PA2, para a Densidade Gama Figura 16 -Diagrama do GRADISTAT de distribuição das amostras (centímetros analisados dos testemunhos). Nota-se uma maior distribuição dos valores para o testemunho PM1, enquanto que pro PA2 observa-se valores mais concentrados nas frações de silte... 49

9 LISTA DE TABELAS Tabela 1:Valores mínimos e máximos encontrados para a velocidade da onda P, em diferentes tipos de sedimentos, no presente estudo e na bibliografia consultada... 50

10 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO OBJETIVOS PROPAGAÇÃO DE ONDAS SÍSMICAS NOS MEIOS PARÂMETROS FÍSICOS DO SEDIMENTOS Velocidade da onda compressional (P) Densidade Susceptibilidade magnética METODOLOGIA Coleta e processamento de dados Multi-Sensor Core Logger Prováveis erros e Gráficos reajustados RESULTADOS Descrição dos Testemunhos Análise do Testemunho PM Quanto a Velocidade da onda P Quanto a Densidade Gama Quanto a Impedância Acústica e o Coeficiente de Reflexão Quanto a Susceptibilidade Magnética Análise do Testemunho PA Quanto a Velocidade da onda P... 44

11 6.3.2 Quanto a Densidade Gama Quanto a Impedância Acústica e o Coeficiente de Reflexão Quanto a Susceptibilidade Magnética Interpretação dos resultados DISCUSSÕES CONCLUSÃO REFERÊNCIAS... 52

12 1 INTRODUÇÃO O interesse no estudo da geologia de áreas submersas, particularmente de áreas costeiras, tem aumentado consideravelmente nos últimos anos; a caracterização e o conhecimento da superfície e subsuperfície de ambientes de águas rasas é extremamente importante, pois serve como subsídio para o planejamento e desenvolvimento de diversas atividades, cada vez mais frequentes nestes sensíveis e complexos ambientes (Souza, 2006). São exemplos de algumas atividades: obras civis como barragens, túneis, pontes e portos; estabelecimento de plataformas exploratórias; instalação de cabos e dutos; a prospecção de recursos naturais como o petróleo, material de construção e recursos pesqueiros; a caracterização de áreas favoráveis à instalação de depósitos de resíduos e, não menos importante, o estudo sobre a origem dos sedimentos que a constituem (Souza, 2006). Em se tratando de investigação de áreas submersas o sensoriamento remoto acústico é o principal meio de investigação, pois os métodos de sensoriamento remoto convencionais (óticos e radar) são pouco eficientes, devido à alta atenuação das ondas eletromagnéticas pela água (Ayres Neto, 2001). Assim, os métodos geofísicos são essenciais visto que permitem a obtenção, a partir da superfície, de dados detalhados sobre a morfologia da superfície e da subsuperfície de fundo (Souza, 2006). De acordo com vários autores (Morang et al., 1997; Ayres Neto, 2000; Quaresma et al., 2000; Souza, 2006; Paolo & Mahiques, 2008) a geofísica já provou ser uma importante ferramenta para a investigação indireta do fundo e subfundo marinho pela qualidade de seus resultados e pela facilidade de aplicação de seus métodos. Com baixo custo de operação e versatilidade de manuseio, a perfilagem geofísica proporciona resposta imediata do parâmetro medido (Ayres Neto, 1998). Dentre os métodos geofísicos, em águas rasas, destaca-se o método sísmico, pois os dados obtidos oferecem boa precisão, resolução e penetração além disso - há facilidade na geração das ondas acústicas na superfície, bem como na propagação dessas na coluna d água (Souza, 2006). Os registros sísmicos auxiliam na compreensão de processos sedimentares, tendo com base a 11

13 interpretação do sinal acústico traduzido por sua cor e seu padrão de distribuição (Belo et al., 2003). Porém, nenhuma técnica usada de modo isolado pode fornecer evidências inequívocas sobre as características dos sedimentos, assim, a análise das propriedades físicas em testemunhos ainda encapsulados, utilizando diversos sensores, permite a obtenção de grande quantidade de informações que auxiliam a descrição e a interpretação de camadas sedimentares (Figueiredo Jr et al., 2008; Schultheiss & Weaver, 1992). As propriedades físicas dos sedimentos estão relacionadas às propriedades físicas no poro; aos arranjos estruturais e as propriedades de contato entre os grãos (Falcão & Ayres Neto, 2010). Dados de velocidade e densidade podem ser usados para criar sismogramas sintéticos (para comparação com perfis sísmicos) e dados de susceptibilidade magnética podem ser usados para identificar eventos paleoclimáticos os quais não são detectados no método descritivo visual do testemunho (Robinson, 1990; Chi & Mienert, 1996 apud Gunn & Best, 1997). De um modo geral, os dados gerados (parâmetros físicos) são uma importante fonte de informações quantitativas para vários estudos geológicos ambientais (Gunn & Best, 1997). Para o desenvolvimento do presente trabalho foram considerados três parâmetros físicos, os quais foram medidos pelo equipamento Multi Sensor Core Logger (velocidade da onda P, densidade gama e susceptibilidade magnética); além da impedância acústica e coeficiente de reflexão - que foram calculados e dos dados granulométricos. 12

14 2 OBJETIVOS O objetivo geral desse trabalho é analisar os parâmetros físicos (velocidade da onda P, densidade gama, susceptibilidade magnética, impedância acústica e coeficiente de reflexão) de dois testemunhos coletados em ambiente estuarino (estuário do rio Piraquê, Aracruz ES). Para este fim, pretende-se cumprir os seguintes objetivos específicos: Analisar a variabilidade da velocidade de propagação da onda acústica e sua relação com a granulometria e teor de matéria orgânica; Analisar a influência da densidade na velocidade de propagação das ondas. 13

15 3 PROPAGAÇÃO DE ONDAS SÍSMICAS NOS MEIOS Há dois tipos de vibrações sísmicas (ondas sísmicas): as ondas internas tipo P (longitudinais) e as ondas internas tipo S (transversais), as quais atravessam materiais; e as ondas de superfície tipo Love e Rayleigh, as quais se deslocam mais lentamente que as ondas internas e propagam apenas próximo ou na interface entre dois meios com propriedades sísmicas distintas (Jones, 1999; Press et al., 2006). As ondas internas, quando passam por um meio homogêneo e isotrópico (onde as propriedades físicas são as mesmas em quaisquer direções), possuem equações de movimento bem definidas, as quais permitem calcular as velocidades de propagação Vp e Vs. Conhecendo estas velocidades, as propriedades geotécnicas (ou constantes elásticas) do meio podem ser determinadas, sendo estas propriedades: o módulo elástico (ou de Young) (E); o módulo de cisalhamento (µ); a densidade ( ) e a razão de Poisson ( ). Estas constantes, obviamente, variam de acordo com a natureza do material e relacionam a quantidade de deformação que um material sofre em função da força exercida sobre ele (Ayres Neto, 2001). As ondas compressionais ou primárias (ondas P) são as ondas sísmicas mais rápidas, nelas a movimentação das partículas ocorre por dilatação e compressão ao longo da direção de propagação, elas se propagam em qualquer meio, exceto no vácuo (Jones, 2004; Press et al., 2006), e quando se propagam na água e no ar (fluidos) elas são chamadas de ondas acústicas. Estas, na água do mar, se propagam com uma velocidade em torno de 1500 m/s, sendo a variação da sua velocidade dependente essencialmente da salinidade (Ayres Neto, 2001). Já a velocidade das ondas acústicas no sedimento - de acordo com Esker et al., (1996) - é função da mineralogia do grão, tamanho, forma e grau de seleção. De acordo com Woods (1991), a velocidade depende basicamente dos módulos de compressão e rigidez, sendo que, os fatores que controlam 14

16 estes parâmetros em sedimentos são: porosidade, pressão de confinamento, grau de saturação e temperatura. Os pacotes sedimentares podem conter mais de uma fase: sólidos (grãos); líquidos (fluido intersticial) e, em alguns casos, podem conter ainda a presença de gás biogênico ou ar (Ayres Neto, 2001). Hamilton et al. (1956) e Hamilton & Bachman (1982) afirmaram que quando o tamanho do grão diminui para a classe de silte e argila as forças interatômicas entre os grãos podem gerar uma estrutura altamente porosa e relativamente inelástica (como uma estrutura de favos de mel), deste modo, existiria maior porosidade em um sedimento de frações granulométricas mais finas (silte e argila) se comparado a um sedimento um pouco mais grosso (areia fina) e com grãos mais esféricos. Ao mesmo tempo, em amostras de granulometria ainda mais grossa (como areia grossa ou cascalho), haveria menos contato entre grãos (maior porosidade), através dos quais a energia sísmica é perdida e atenuada (Esker et al., 1996). Portanto, a granulometria controla o espaço entre os grãos e a proporção de grãos e fluidos na estrutura do sedimento, os quais controlam as características elásticas do sedimento, sendo que, sedimentos mais densos têm maiores velocidades (Esker et al., 1996). A relação da propagação de ondas P com o fluido intersticial é facilmente observada ao se comparar a velocidade de propagação em um sedimento saturado do com água, e outro, contendo gás (Tao et al., 1995). Devido ao valor muito baixo do módulo de compressão do gás, se comparado ao da água, sua presença diminui a velocidade de propagação das ondas acústicas nos sedimentos. De acordo com Ayres Neto (2001), a velocidade pode chegar até aproximadamente 800 m/s (em sedimentos superficiais saturados com gás), pode ainda obter valores máximos de cerca de 4000 m/s (em rochas sedimentares depositadas nas partes mais profundas de uma bacia). A impedância acústica é uma propriedade definida como o produto entre a velocidade do som e a densidade de um determinado meio (Esker et al., 1996; Ayres Neto, 2001; Lima, 2006). A quantidade de energia refletida em cada interface é dada pelo coeficiente de reflexão, que é um parâmetro relacionado 15

17 com o contraste de impedância acústica entre duas camadas sobrepostas, com propriedades acústicas distintas (Lima, 2006). Um sedimento mais compacto, menos poroso e com menor teor de água será mais denso e refletirá uma quantidade maior de energia e vice-versa (Ayres Neto, 2001). A variação nas propriedades físicas dos materiais permite a aplicação dos métodos acústicos, quando uma frente de ondas encontra uma interface entre dois meios físicos distintos parte da energia será transmitida para o segundo meio, parte será refletida de volta e parte será absorvida, é este eco que contém as informações necessárias para interpretações da geologia do substrato (Ayres Neto, 2001). 16

18 4 PARÂMETROS FÍSICOS DOS SEDIMENTOS 4.1 Velocidade da onda compressional (P) O deslocamento de uma onda P causa vibração das partículas na direção da sua propagação. Para meios homogêneos e isotrópicos, a velocidade da onda P é expressa pela equação abaixo (Schön, 1996 apud Falcão & Ayres Neto, 2010; Jones, 1999): onde k é o módulo de compressão (Bulk modulus), μ é o módulo de rigidez e ρ é a densidade. O módulo de rigidez representa a elasticidade longitudinal do material; e o módulo de compressão correlaciona a redução do volume de um corpo sujeito à pressão hidrostática em três dimensões (Falcão & Ayres Neto, 2010). 4.2 Densidade De acordo com (Schön, 1996 apud Falcão & Ayres Neto, 2010) a densidade de um material composto por n componentes é definida pela relação: onde ρi é a densidade do componente, Vi é o volume do componente i, V é o volume total e a razão (Vi /V) é a fração do volume do componente i. 17

19 Para um dado tipo de sedimento - com densidade do grão (mineralogia dominante) fixa - há vários valores de densidade, os quais refletem as variações de porosidade (textura, grau de seleção e tamanho do grão) e saturação; o aumento da porosidade causa a diminuição da densidade, porém, a correlação certa é controlada pela densidade da matriz e do fluido presente no espaço poroso (Schön, 1996 apud Falcão & Ayres Neto, 2010) 4.3 Susceptibilidade magnética A susceptibilidade magnética representa a razão entre a magnetização (M) e a força magnetizante (H) e é uma medida do grau segundo o qual uma determinada substância pode ser magnetizada (Sheriff, 1999 apud Falcão & Ayres Neto, 2010): onde M é o momento magnético por unidade de volume e H é a medida da influência de um magneto no espaço circundante. A susceptibilidade magnética é uma propriedade física própria das rochas e solos, nos minerais, o magnetismo é geralmente associado à quantidade de ferro presente. Em testemunhos de sedimentos a susceptibilidade magnética pode gerar informações sobre a composição magnética dos mesmos, não possuindo nenhuma relação evidente com a granulometria. Porém, sabe-se que partículas ferromagnéticas muito finas associam-se a sedimentos argilosos, provocando assim uma elevação da susceptibilidade magnética neste tipo de sedimento (Wassmer et al., 2010). A magnetita e alguns outros óxidos de ferro possuem características ferromagnéticas de susceptibilidade magnética com magnitude muitas vezes maior que a da argila (propriedades paramagnéticas) (Abuchacra, 2010). O 18

20 carbonato, a sílica, água e plásticos (tubo de PVC) tipicamente adquirem valores baixos de susceptibilidade magnética e até mesmo negativos (na ausência de argila ou magnetita) quando expostos a um campo magnético induzido (Falcão & Ayres Neto, 2010). Portanto, de acordo com Ellwood et al. (2000) fatores tais como alterações na produtividade biológica ou taxas de acúmulo de carbono orgânico podem causar variações nos valores da susceptibilidade magnética. 19

21 5. METODOLOGIA 5.1 Coleta e processamento de dados O sistema estuarino Piraquê-Açu e Piraquê-Mirim (SEPAPM) está localizado no distrito de Santa Cruz, no município de Aracruz, o qual encontra-se 83 km a norte da capital Vitória. No seu entorno, há o margeamento da maior área de manguezal do Estado, com aproximadamente 12,34 km 2 (Barroso, 2004). A evolução do estuário do rio Piraquê está relacionada, assim como outros estuários da costa leste brasileira, a oscilações do nível relativo do mar no período Quaternário (Dominguez et al.,1981; Suguio et al., 1985). Os dois testemunhos foram coletados por mergulhador com o auxílio de um testemunhador com martelete de impacto, próprio para coleta em águas rasas, sendo um no rio Piraquê-Mirim (PM1) e um no rio Piraquê-Açu (PA2) (Figura 1). Figura 1 Mapa de granulometria média dos sedimentos superficiais e em destaque os pontos amostrais nos dois rios do SEPAPM. Modificado de Silva, Sendo o PM1 coletado nas coordenadas ,09 / ,99 (UTM) em um local com 6,6m de coluna d água com 0,96m de recuperação e o PA2 20

22 coletado nas coordenadas ,88 / ,51 (UTM) em local com 1m de coluna d água e com 1,22 m de recuperação. Após a coleta, os testemunhos foram vedados e levados para o Hospital Veterinário da Universidade Vila Velha (UVV), onde foram obtidas imagens de Raios-X, posteriormente, os testemunhos foram refrigerados e encaminhados para a Universidade Federal Fluminense (UFF). Lá, foram feitas medições de velocidade de onda P, raios gama e susceptibilidade magnética no equipamento Multi-Sensor Core Logger (MSCL) da Geotek. Os dados gerados pelo equipamento passaram por todos os testes de calibração e, posteriormente, foram disponibilizados para o presente estudo. A partir desses dados, foi possível calcular os valores de impedância acústica e coeficiente de reflexão, para cada camada, a partir das fórmulas abaixo: Impedância Acústica: Coeficiente de Reflexão: Assim, foram gerados gráficos de densidade gama, velocidade da onda P, impedância acústica, coeficiente de reflexão e susceptibilidade magnética para os testemunhos PM1 e PA2 (Figura 2 e Figura 3). 21

23 Figura 2: Gráficos gerados a partir dos dados medidos pelo MSCL (PM1). 22

24 Figura 3: Gráficos gerados a partir dos dados medidos pelo MSCL (PA2). 23

25 Após as medições na UFF, os testemunhos foram abertos, fotografados, descritos visualmente e sub-amostrados na UFES (Figura 4). Sendo o intervalo de sub-amostragem, definido, em laboratório, a partir dos aspectos descritos a seguir. Para o testemunho PM1, fez-se a sub-amostragem nos primeiros 5cm (superiores), devido a remobilização e falta de estruturas nas primeiras camadas e, posteriormente, o testemunho foi sub-amostrado de centímetro em centímetro. Já para o testemunho PA2, também houve uma sub-amostragem nos primeiros 5centímetros (superiores) e de 2cm em 2cm no restante, exceto do centímetro 80cm ao 86cm, nestes, foi retirado uma amostra (devido a homogeneidade das camadas). 24

26 Figura 4: Fotografias dos testemunhos. Após o fatiamento do testemunho, as amostras foram lavadas, secas na estufa (em temperatura de 40 C) e pesadas. A matéria orgânica foi queimada com solução de peróxido de hidrogênio (H 2 O 2 ). Após a retirada da solução de peróxido, a amostra foi novamente seca na estufa e pesada, assim, obteve-se a porcentagem de matéria orgânica para cada amostra. As amostras foram ainda submetidas a análise granulométrica com o auxílio de um analisador de tamanho de partícula (Mastersizer 2000) da Malvern e os dados 25

27 granulométricos foram tratados estatisticamente com o auxílio do software Gradistat e classificados e descritos segundo a Folk & Ward (1957). 5.2 Multi-Sensor Core Logger (MSCL) O perfilador de testemunhos multi-parâmetros Multi Sensor Core Logger (MSCL) (Figura 5) foi produzido pela Geotek. Os dados da perfilagem (através do MSCL) de testemunhos representam uma importante fonte de informação quantitativa para uma ampla gama de estudos geológicos e ambientais. Figura 5: Figura esquemática do (MSCL) produzido pela Geotek (Abuchacra, 2010 modificado de Schultheiss et al., 2010). De acordo com Hamilton (1976), para a obtenção de dados de qualidade é necessário o completo preenchimento do sedimento, evitando assim, deformações no tubo e perda de água da amostra (Figura 6). Também são necessárias medições da espessura das paredes, do diâmetro interno e externo do tubo com a amostra. O sistema de transdutores do MSCL monitora o diâmetro externo do tubo, durante toda a perfilagem, para controlar qualquer mudança no diâmetro da amostra. É necessária também a medição e controle da temperatura da amostra durante todo o processo de perfilagem, tendo em 26

28 vista que a velocidade da onda P é sensível a mudanças de temperatura e densidade. Figura 6: Fatores que influenciam a qualidade dos dados (Schultheiss et al., 2010 apud Abuchacra, 2010). Apesar de não afetar a susceptibilidade magnética, os dados de temperatura da amostra também são utilizados, pelo MSCL, para corrigir os possíveis erros que a temperatura causa no sensor que mede a susceptibilidade Outro fator importante, que deve ser considerado, é a necessidade de agilidade entre o momento da amostragem (em campo) e a perfilagem no MSCL, pois, a redução de pressão no sedimento, durante a recuperação do testemunho, junto à decomposição da matéria orgânica podem gerar formações de gases. Estes, afetam diretamente as propriedades elásticas dos sedimentos (Abuchacra et al., 2010). Segundo Hamilton (1972), a presença de ar ou gás pode produzir uma atenuação do pulso acústico e gerar valores muito baixos de velocidade. Para a obtenção dos dados o equipamento conta com um transdutor piezo elétrico de velocidade de onda P (que varia entre khz) e mais dois 27

29 sensores, os quais são responsáveis pela geração das informações de densidade e susceptibilidade magnética de cada camada do testemunho analisado (GEOTEK, 2013) (Figura 7). Figura 7: Fotografia do MSCL (Abuchacra, 2010). A densidade, chamada de densidade gama devido a utilização de raios gama em sua medição, é calculada através da medição da atenuação de raios gama colimados à medida que estes passam pelo centro do testemunho, o sensor para sua medição consiste em uma cápsula de 10 milli-curie de Césio 137 protegida por um invólucro de chumbo com colimadores de 2,5 e 5 mm de diâmetro, que produzem energia principalmente a 0,662 MeV, e um detector de cintilação. A atenuação da intensidade do feixe de raios gama colimados incidente é diretamente relacionada à densidade média do material analisado e os fótons incidentes são dispersados ou absorvidos pelos elétrons do sedimento. Para diferenciar os fótons dispersados e os transmitidos (sem atenuação) o sistema de detecção efetua a contagem dos fótons que mantiveram a mesma energia principal da fonte. 28

30 Já a susceptibilidade magnética é medida através de um LOOP constituído de um circuito oscilador que produz um campo magnético alternante (0,565 khz) de baixa intensidade, não saturado (aproximadamente 80 A/m RMS) que, de acordo com a composição sedimentar do testemunho, se fortalece ou enfraquece. A resolução espacial é de 2cm ao longo do testemunho 5.3 Prováveis erros e Gráficos reajustados Em alguns pontos dos testemunhos foram encontrados valores de parâmetros físicos (densidade gama, velocidade da onda P, impedância, coeficiente de reflexão e susceptibilidade magnética) discrepantes aos demais, estes, possivelmente, são associados a erros na medição. Estes erros podem ser devido ao manuseio, de forma não ideal, dos testemunhos durante e após a coleta (possibilitando perda de água, entrada de ar e/ou perda de estruturas internas do sedimento), devido à presença da tampa de PVC a qual lacra o testemunho ou devido a algum problema no sensor do equipamento. Assim, para o PM1 foram desconsiderados: os primeiros 4cm; do centímetro 12 ao 17 e os últimos 4cm (Figura 8). Enquanto que para o PA2, foram desconsiderados: os primeiros 5cm, o centímetro 4 (para a susceptibilidade magnética) e os últimos 8cm (Figura 9). 29

31 Figura 8: Gráficos originais do PM1, em destaque (linha tracejada vermelha) os centímetros que foram desconsiderados. 30

32 Figura 9: Gráficos originais do PA2, em destaque (linha tracejada vermelha) os centímetros que foram desconsiderados. 31

33 Após as alterações, os gráficos resultantes foram compilados aos demais dados (Raio X; porcentagem de areia, lama e matéria orgânica; fotografia e descrição visual do testemunho) e organizados de forma a possibilitar uma melhor visualização de todo o conteúdo. 32

34 6 RESULTADOS 6.1 Descrições dos Testemunhos Antes da análise conjunta dos dados, foi feita uma descrição dos testemunhos, para isso os dados de: Raio-X, porcentagem de areia e lama; porcentagem de matéria orgânica (MO); grupo textural, fotografia e descrição visual de cada testemunho foram postos de forma conjunta e descritos (Figura 10 e Figura 11). 33

35 Figura 10: Descrição do Testemunho PM1. 34

36 Figura 11: Descrição do Testemunho PA2. 35

37 6.2 Análise do Testemunho PM1 6.2 Quanto a Velocidade da Onda P De modo geral, o testemunho PM1 apresentou correlações satisfatórias entre os dados de velocidade e os demais, de modo que, foram encontrados 5 padrões (Figura 12) (ANEXO A) de propagação da velocidade P (A, B, C, D e E), estes, foram condizentes aos dados sedimentológicos (porcentagem de areia, porcentagem de lama, porcentagem de matéria orgânica e grupo textural) e descritivos. A camada A (até 8cm) possui os menores valores de velocidade da onda P(entre 998m/s e 1330m/s) do testemunho. Estes valores podem ser explicados devido ao alto teor de Matéria Orgânica (MO) presente nas primeiras camadas e aos baixos valores de densidade gama (valores estes que podem ser devido a presença de gás ou consequentes de uma remobilização dos sedimentos). A camada B (de 8cm até 35cm) possui valores de velocidade relativamente maiores à camada anterior, os quais oscilam entre 1126m/s e 1428m/s, essas oscilações podem estar ligadas às oscilações dos teores de areia e lama (sendo as maiores velocidades normalmente associadas a camadas mais arenosas). O padrão de velocidade pode estar associado também as oscilações no teor de MO e a presença de bioturbação, os quais podem influenciar na densidade do sedimento. A camada C (de 5cm até 47cm) é caracterizada pela homogeneidade nos valores de velocidade (em torno de 1260m/s) os quais, provavelmente, estão associados aos maiores valores de densidade, que por sua vez podem ser explicados por uma compactação das camadas de Lama Arenosa e Areia Lamosa e pelos baixos teores de MO. Na camada D (entre 47cm e 50cm), há um relativo aumento seguido de uma diminuição nos valores de velocidade (de 1500m/s para 1287m/s) aumento que está, possivelmente, ligado a alta porcentagem de areia no sedimento (valores chegam a 46,49%) e seguinte diminuição brusca do valor (para 36

38 1,26%). Outro fato que pode contribuir para esse registro de menor velocidade é a presença de uma concha inteira na mesma camada (idéia reforçada devido a uma diminuição considerável na susceptibilidade magnética). Já na camada E (abaixo de 50cm), mesmo com presença de fragmentos de conchas (evidenciados pelos menores valores de susceptibilidade magnética, pela fotografia e descrição), obteve os maiores valores de velocidade (em torno de 1540 m/s), provavelmente, devido a um alto grau de compactação dos sedimentos (Lama e Lama Arenosa) das camadas inferiores (sedimento mais homogêneo como lama compacta estaria menos susceptível a alterações na propagação). 37

39 Figura 12: Caracterização de padrões (camadas A, B, C, D e E), do testemunho PM1, para a Velocidade da Onda P. 38

40 6.2.2 Quanto a Densidade Gama Os valores de Densidade Gama (Figura 13) (ANEXO B) também possuíram uma boa correlação com os dados sedimentológicos (porcentagem de areia, porcentagem de lama, porcentagem de matéria orgânica e grupo textural) e descritivos, de modo que, pôde-se distinguir 7 padrões nos valores de densidade gama. A camada 1 (até 11 cm) apresentou os menores valores de densidade gama (até 1,2g/cm 3 ), os quais, podem estar relacionados aos altos teores MO e possível presença de gás, o qual provém da decomposição da MO. Além disso, é provável que os sedimentos das camadas superiores tenham sofrido remobilização (devido ao manuseio do testemunho, durante e após a coleta) com consequente perda de estruturas internas e, até mesmo, entrada de ar. A camada 2 (de 11cm até 22cm) teve um relativo aumento nos valores de densidade (aproximadamente 1,7g/cm 3 ), que podem estar associados a uma diminuição dos teores de MO, aumento na porcentagem de areia e menor interferência, como o das camadas superiores, no testemunho. Na camada seguinte 3 (de 22cm a 34cm) os valores de densidade gama diminuem (ficam em torno de 1,20g/cm 3 ), provavelmente, devido aos baixos teores de areia e a presença de bioturbação (organismos remobilizam o sedimento e podem influenciar na porosidade). A camada 4 (de 34cm a 47cm) apresentou os maiores valores de densidade gama do testemunho, sendo possivelmente, devido a presença de Lama Arenosa e Areia Lamosa com maior grau de compactação, maiores porcentagens de areia (valores chegam a 74,30%) e menores porcentagens de MO. Na camada 5 (de 47cm a 73cm) os valores de densidade gama oscilaram entre (1,43g/cm 3 e 1,83g/cm 3 ). Esse padrão, se comparado com os valores relativamente menores a camada anterior, pode estar relacionado a presença de camadas com menor granulometria, porém, mais compactas e com valores ligeiramente maiores de MO. Já as oscilações, podem ser explicadas devido a 39

41 presença de fragmentos de conchas (evidenciados devido aos valores de susceptibilidade magnética e a fotografia e descrição) e a oscilações nos teores de areia e lama. A camada 6 (de 73cm a 83cm), teve valores de densidade gama ligeiramente maiores, quando comparada a 5, o que pode estar relacionado a um maior grau de compactação. Na camada logo abaixo, camada 7 (abaixo de 83cm), os valores voltam a diminuir, provavelmente, devido à maiores teores de MO e abundância de conchas e fragmentos de conchas, novamente evidenciados nos valores descritivos (fotografia e descrição) e de susceptibilidade magnéticas. 40

42 Figura 13: Caracterização de padrões (camadas 1, 2, 3, 4, 5, 6 e 7), do testemunho PM1, para a Densidade Gama. 41

43 6.2.3 Quanto a Impedância Acústica e Coeficiente de Reflexão Os valores de impedância acústica (I=.v) indicaram mudanças nas características sedimentares (grau de compactação, granulometria, teor de MO, presença de conchas, etc) do testemunho PM1. Sendo que os maiores valores de impedância (as maiores amplitudes do raio refletido) foram encontrados nas interfaces de camadas de maior densidade, 41 cm e 77cm, associados, respectivamente, a areia lamosa e lama arenosa compactada. Em relação aos valores do coeficiente de reflexão, estes, condisseram com os valores de impedância acústica, sendo que, quando impedância acústica do meio (camada) abaixo era maior que a do meio acima, o coeficiente de reflexão respondia de forma positivo (entre 0 e 1) e vice-versa Quanto a Susceptibilidade Magnética De modo geral, para PM1, os valores de susceptibilidade magnética apresentaram-se maiores nas camadas mais lamosas (com maior porcentagem de lama), visto que granulometrias mais finas tendem a apresentar maior disponibilidade de minerais magnéticos. Sendo 12,3 x10-6 SI o valor máximo de susceptibilidade magnética, o qual foi encontrado em 24cm e está associado a um alto teor de lama (80,19%). Por outro lado, os valores apresentaram-se menores onde havia influência de conchas e fragmentos de conchas, fato que pode ser explicado visto que calcita (oriunda de organismos) adquire valores de susceptibilidade magnética baixos e até negativos quando exposta a um campo magnético induzido. Sendo no centímetro 90, o menor valor registrado de susceptibilidade magnética (0,34 x10-6 SI) no testemunho PM1. 42

44 6.3 Análise do Testemunho PA Quanto a Velocidade da onda P O testemunho PA2 não obteve diferenças marcantes nos valores de velocidade, como o PM1, portanto, foi dividido em apenas dois padrões (F e G) (Figura 14) (ANEXO C). A camada F (até 14cm) obteve valores relativamente menores de velocidade, os quais variaram entre 1145m/s e 1384m/s, estes valores podem estar relacionados à presença abundante de conchas e fragmentos de conchas nas primeiras camadas (fato observado na fotografia, descrição visual e na relativa diminuição dos valores de susceptibilidade magnética). Na camada G (abaixo de 14cm) os valores de velocidade foram regulares (com média em torno de 1519m/s), essa homogeneidade nos dados de velocidade pode ser associada a uma certa homogeneidade da camada sedimentar (sedimento mais homogêneo como lama compacta estaria menos susceptível a alterações na propagação) e nos teores de MO, e, principalmente devido ao alto grau de compactação das camadas. 43

45 Figura 14: Caracterização de padrões (camadas F e G), do testemunho PA2, para a Velocidade da Onda P. 44

46 6.3.2 Quanto a Densidade Gama Para os valores de densidade gama também foram caracterizados dois padrões (camadas 8 e 9) (Figura 15) (ANEXO C). A camada 8 (até 14cm), apesar de possuir abundância em conchas e fragmentos de conchas, obteve os maiores valores de densidade gama (de 1,5g/cm 3 a 1,9g/cm 3 ), esses valores pode ser relacionados devido ao baixo teor de MO e relativo aumento da porcentagem de areia, porém, não observa-se boa correlação. Ao longo da camada 9, assim como nos valores de velocidade, também houve homogeneidade, dos valores de densidade gama, o que pode ser associado a uma homogeneidade dos teores de areia, lama e MO e ao alto grau de compactação. 45

47 Figura 15: Caracterização de padrões (camadas 8 e 9), do testemunho PA2, para a Densidade Gama. 46

48 6.3.3 Quanto a Impedância Acústica e Coeficiente de Reflexão Os valores de impedância acústica (I=.v), seguindo o padrão dos valores de velocidade e densidade, não possuíram muitas variações. O maior valor de impedância acústica (maior amplitude do raio refletido) foi encontrado na camada de 14cm, onde há a interface entre uma camada com presença abundante de concha (menores densidades e velocidades) e a camada logo abaixo (com menor quantidade de conchas e maior quantidade de sedimento lamoso). Já os menores valores de impedância (as maiores amplitudes do raio transmitido) encontraram-se nas camadas inferiores do testemunho (abaixo de 16cm), o que pode ser explicado devido a homogeneidade dessas camadas (que estariam menos susceptíveis a alterações na propagação). Em relação ao coeficiente de reflexão, estes, apresentaram parte da amplitude refletida sem inversão de fase (valores de coeficiente de reflexão positivos entre 0 e 1), quando associados a uma maior impedância das camadas inferiores em relação as superiores e vice-versa Quanto a Susceptibilidade Magnética Os valores de susceptibilidade magnética foram positivos até o centímetro 35 (entre 2,5x10-6 SI e 9,37x10-6 SI), estes valores encaixam-se nos esperados para camadas de lama arenosa e/ou para camadas com conchas. Do centímetro 35 até o centímetro 107, notou-se valores negativos de susceptibilidade magnética, uma hipótese sugerida seria a presença de conchas e, ainda, a composição da lama (lama carbonática). Visto que a calcita (oriunda de organismos) pode adquirir valores de susceptibilidade magnética negativos quando exposta a um campo magnético induzido. Os valores voltaram a crescer na camada logo abaixo alcançando os valores máximos de susceptibilidade (11,4 x10-6 SI) no centímetro 114 do testemunho, tais valores podem estar relacionados a presença de lama compacta (maior 47

49 concentração de argilominerais nesses materiais) e, estariam ligados a mudança na composição da lama. 6.4 interpretação dos resultados Os dados sedimentológicos (porcentagem de areia e lama, porcentagem de MO e grupo textural) do PM1 foram bem correlacionados aos parâmetros físicos (densidade gama, velocidade da onda p, impedância, coeficiente de reflexão e susceptibilidade magnética), o que pode estar relacionado a uma maior resolução dos dados sedimentológicos (testemunho analisado de centímetro em centímetro) e maior distribuição granulométrica das camadas (amostras oscilaram entre silte e areia) (Figura 16). Os dados sedimentológicos do PA2 também obtiveram boa correlação com os parâmetros físicos, porém, uma maior resolução nestes dados poderia ter dado melhores resultados (testemunho analisado de dois em dois centímetros e em camadas de mais de um centímetro em alguns pontos). De uma forma geral os valores, de cada parâmetro, variaram pouco, devido a uma homogeneidade dos teores de MO e a uma menor distribuição granulométrica das camadas, as quais, concentraram-se principalmente na fração de silte. Figura 16: Diagrama do GRADISTAT de distribuição das amostras (centímetros analisados dos testemunhos). Nota-se uma maior distribuição dos valores para o testemunho PM1, enquanto que pro PA2 observa-se valores mais concentrados nas frações de silte. 48

50 7 DISCUSSÕES Os valores de velocidade da onda P encontrados foram condizentes com a literatura consultada (Tabela 1), exceto para lama arenosa, o qual obteve um valor mínimo de 998m/s (em PM1) nas camadas superiores (provável presença de gás). Tabela 1: Valores mínimos e máximos encontrados para a velocidade da onda P, em diferentes tipos de sedimentos, no presente estudo e na bibliografia consultada. Tipo de sedimento Conchas Lama Arenosa Lama Compacta Velocidade da onda P (m/s) Presente Estudo Trabalhos Anteriores Mínimo Máximo Hamilton (1980) Hamilton e Bachman (1982) Macedo 2006 Falcão e Ayres (2010) _ mín. máx mín. máx. mín. máx. mín. máx mín. máx. mín. máx. mín. máx Os maiores valores de velocidade, assim como em trabalho feito por Falcão & Ayres Neto (2010), foram encontrados nas camadas de lama arenosa, inseridas em um pacote de lama compacta. Já os menores valores da velocidade da onda P, assim como Hamilton (1972) citou a possibilidade de ocorrência, ocorreram devido à existência de ar ou gás, originado da decomposição de material orgânico. Em relação à densidade, ocorreram pequenas elevações na densidade em decorrência da presença de lama arenosa, como citado em estudo de Falcão & Ayres Neto (2010). Ainda corroborando com os resultados dos autores, foi observada uma queda significativa de densidade associada às camadas de conchas dentro do testemunho Falcão & Ayres Neto (2010). Pode-se observar a correlação da densidade e a granulometria - assim como descreveram Hamilton (1972), Hamilton (1976) e Hamilton & Bachman (1982) - onde se observou que as correlações entre a densidade e a granulometria são 49

51 positivas, de modo que os maiores resultados de densidade coincidem com os maiores tamanhos médios dos grãos. Foi possível ainda, notar a proporcionalidade das oscilações da velocidade da onda P da densidade, confirmando a linearidade existente entre ambas, dada suas relações em comum com a porosidade, granulometria, processos de compactação, entre outros, assim como citam Falcão & Ayres Neto (2010). Para a susceptibilidade, e modo geral, os maiores valores foram associados a granulometrias mais finas, corroborando assim com Falcão & Ayres Neto (2010), pois granulometrias mais finas tendem a apresentar maior disponibilidade de minerais magnéticos. Por outro lado, também corroborando com dados dos autores, a susceptibilidade apresentou menores valores onde há presença de conchas e fragmentos de conchas. Porém, vale ressaltar que as variações encontradas para cada parâmetro físico não dependem somente da granulometria do material, estas, também sofrem influência direta das propriedades físicas no poro; dos arranjos estruturais; das propriedades de contato entre grãos; da composição mineral e do fluido intersticial. Assim, estes dados podem colaborar ainda mais com a precisão da pesquisa. 50

52 8 CONCLUSÃO A integração de todos os dados gerados pelos procedimentos (descritos na metodologia) se mostrou, de maneira geral, adequada para identificar a variabilidade de propagação da onda acústica (velocidade da onda P). Sendo esta, diretamente influenciada pela granulometria, densidade, presença de conchas e teor de MO. Assim, de maneira geral, foi observada a variabilidade da velocidade de propagação da onda acústica com a granulometria e teor de MO, sendo a velocidade diretamente proporcional a granulometria e indiretamente proporcional ao teor de MO. Observou-se ainda a influência da densidade na velocidade de propagação das ondas, sendo o aumento da velocidade diretamente proporcional ao aumento da densidade. No entanto, uma análise mais detalhada da granulometria (textura, seleção, grau de arredondamento, etc.) e a obtenção de outros parâmetros como porosidade e teor de CaCO 2 poderia contribuir ainda mais para um melhor entendimento do comportamento da onda P nos sedimentos estuarinos. 51

53 9 REFERÊNCIAS ABUCHACRA, R. C. Relação do teor de minerais pesados com a densidade gama e susceptibilidade magnética em testemunhos da planície costeira do norte do estado do Rio de Janeiro. Dissertação de Mestrado AYRES NETO, A. Relationships Between Physical Properties and Sedimentological Parameters of Near Surface Marine Sediments and their Applicability in the Solution of Engineering and Environmental Problems. Tese de Doutorado. University of Kiel, Alemanha AYRES, A. & THEILEN, F. Relationship between P- and S-wave Velocities and Geological Properties of Near-surface sediments of the Continental Slope of the Barents Sea. Geophysical Prospecting AYRES NETO, A. Uso da sísmica de reflexão de alta resolução e da sonografia na exploração mineral submarina. Revista Brasileira de Geofísica BARROSO, G. F. Development of an evaluation framework for sustainable bivalve aquaculture: a strategic plan approach in Espírito Santo, Brazil. PhD Thesis (Geography), University of Victoria, Canadá, CHANNEL, J. E. T.; KANAMATSU, T.; SATO, T.; STEIN, R.; ALVAREZ ZARIKIAN, C. A.; MALONE, M. J. The Expedition 3003/306 Scientists. In: Proceedings of the Integrated Ocean Drilling Program, V. 303/306 (doi: /iodp.proc ), CHI, J. & MIENER, J. Linking physical property records of Quaternary sediments to Heinrich events. Marine Geology DAMUTH, J.E. Echo character of the western equatorial Atlantic floor and its relationship to the dispersal and distribution of terrigenous sediments. Marine Geology DAMUTH, J. E. & HAYES, D. E. Echo character of the East Brazilian Continental Margin and and its relationship to sedimentary process. Marine Geology ELLWOOD, B. B.; CRICK, R. E.; EL HASSANI, A.; BENOIST, S. L.; YOUNG, R. H. Magnetosusceptibility Event and Cyclostratigraphy method applied to marine rocks: Detrital input versus carbonate productivity. Geology ESKER, D.; SHERIDAN, R.E.; ASHLEY, G.M.; WALDNER, J.S.; HALL. D.W. Synthetic seismograms from vibracores: a case study in correlating the late Quaternary seismic stratigraphy of the New Jersey inner continental shelf FALCÃO, L. C. & AYRES NETO, A. Parâmetros Físicos de Sedimentos Marinhos Superficiais da região costeira de Caravelas, sul da Bahia. 52

54 FIGUEIREDO Jr., A. G.; ABUCHACRA, R. C.; VASCONCELOS, S. C.; SANTOS, R. A.; SAMPAIO, M. B.; VIANNA, P. J. A.; SILVA, F. T.; TOLEDO, M. B. Perfilador Multi-sensor Geotek para Testemunhos (Aplicação em Análises Não-destrutivas de Testemunhos Sedimentares). In: 44º Congresso Brasileiro de Geologia. Curitiba-PR, v. 1, FISH, J. P. & CARR, H. A. Sound underwater images: a guide to the generation and interpretation of side scan sonar data. Orleans: Lower Cape Pub FOLK, R.L. & WARD, W.C. Brazos River bar: a study in the significance of grain size parameters. Journal of Sedimentary Petrology, 27, FREDERICHS, T.; SCHMIEDER, F.; HUBSCHER, C. FIGUEIREDO JR, A. G.; COSTA, E. Physical Properties Studies. Report and Preliminary results of METEOR-Cruise M 34/4. Recife Bridgetown. N 80, GUNN, D.E. & BEST, A.I. A new automated nondestructive system for high resolution multi-sensor core logging of open sediment cores. Geo-Marine Letters HAMILTON, E.L. Compressional-wave Attenuation in Marine Sediments. In: Geophysics 37(4): , HAMILTON, E. L. Variations of density and porosity with depth in deep-sea sediments. In: Journal of Sedimentary Research 46(2): , HAMILTON, E. L.. Geoacoustic Modeling of the Sea Floor. J. Acoust. Soc. Am., 68(5): HAMILTON, E.L. & BACHMAN, Sound velocity and related properties of marine sediments. Acoustical Society of America, Journal HAMILTON, E.L.; SHUMWAY, G.; MENARD, H.W.; SHIPEK, C.J. Acoustic and other physical properties of shallow-water sediments of San Diego. Acoustical Society of America, Journal JONES, E. J. W. Marine Geophysics JUNG, W. Y. et al. Sedimentary structure and origin of a mud-cored pseudotidal sand ridge, eastern Yellow Sea, Korea. Marine Geology, New York LIMA, K. T. P. DE. Utilização de métodos sísmicos, perfilagem e testemunhos de poços para caracterização dos turbiditos da formação Urucutuca na bacia de Almada, BA. Tese de doutorado em Engenharia de Reservatório e de Exploração de Petróleo. Universidade Estadual do Norte Fluminense

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