Águas minerais da ilha de São Miguel (Açores): monitorização hidrogeoquímica entre 1992 e 2013

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1 Versão online: Comunicações Geológicas (2014) 101, Especial I, IX CNG/2º CoGePLiP, Porto 2014 ISSN: X; e-issn: X Águas minerais da ilha de São Miguel (Açores): monitorização hidrogeoquímica entre 1992 e 2013 Mineral waters in São Miguel island (Azores): hydrogeochemical monitoring between1992 and 2013 J. V. Cruz 1*, P. Freire 1, C. Andrade 1, R. Coutinho LNEG Laboratório Nacional de Geologia e Energia IP Artigo Curto Short Article Resumo: A origem vulcânica do arquipélago dos Açores explica a existência de importantes recursos hidrominerais, que apresentam uma variabilidade de tipos químicos e de magnitude de mineralização. As emergências encontram-se disseminadas em sete das nove ilhas do arquipélago, e em particular na ilha de São Miguel onde apresentam como fácies predominantes os tipos bicarbonatada sódica e cloretada sódica. O Centro de Vulcanologia e Avaliação de Riscos Geológicos desenvolveu um sistema de monitorização sismovulcânica para os Açores, que inclui a monitorização hidrogeoquímica, para apoiar as ações de proteção civil. Deste modo, monitorizam-se atualmente 12 pontos de água mineral nos Vulcões do Fogo e das Furnas, ambos na ilha de São Miguel. Para todas as emergências referidas anteriormente, e com uma periodicidade quinzenal, são registados a temperatura, o ph, a condutividade elétrica, o CO 2 livre, a alcalinidade, o cloreto e o sulfato. Dos vários parâmetros estudados, com a exceção de algumas variações acentuadas em poucos pontos de água, resultante da mistura com águas meteóricas, os resultados obtidos no período entre 1992 e 2013 evidenciam uma grande estabilidade, validando a metodologia utilizada para efeitos de vigilância da atividade vulcânica na medida que é possível considerar a linha de base do sistema. Palavras-chave: Águas minerais, Açores, Monitorização hidrogeoquímica, Atividade vulcânica. Abstract: The volcanic nature of the Azores archipelago explains the occurrence of hydromineral resources, with a large range of chemical types and magnitude of mineralization. The mineral water discharges are located in seven of the nine islands of the archipelago, mainly in São Miguel, where the main water types are Na-HCO 3 and Na-Cl. The Centre of Volcanology and Geological Hazards Assessment developed a volcanic monitoring system in the Azores, including hydrogeochemical surveillance, that supports the civil protection authorities. In such system, nowadays 12 mineral water discharges are quarterly sampled in São Miguel island, including the measurement of the temperature, ph, electrical conductivity, dissolved CO 2, alkalinity, chloride and sulfate. The several parameters depict between years 1992 and 2013 a rather stability trend, with some changes due to mixture with meteoric waters. This trend suggests that the water chemistry can be useful for volcanic surveillance scheme, as is possible to draw the system baseline. Keywords: Mineral waters, Azores, Hidrogeochemical monitoring, Volcanic activity. 1 CVARG - Centro de Vulcanologia e Avaliação de Riscos Geológicos, Departamento de Geociências, Universidade dos Açores, Apartado 1422, Ponta Delgada, Portugal. * Autor correspondente / Corresponding author: jvc@uac.pt 1. Introdução O arquipélago dos Açores localiza-se no Oceano Atlântico Norte, entre as latitudes 36º 45 a 39º 43 Norte, e as longitudes 24º45 a 31º 7 Oeste de Greenwich, e é constituído por nove ilhas e diversos ilhéus, que se estendem por uma faixa com cerca de 600 km, com uma direção aproximada NW-SE. A origem vulcânica dos Açores explica a ocorrência de numerosas nascentes de águas minerais, predominantemente gasocarbónicas e/ou termais, que denotam uma elevada variabilidade de tipos químicos e de magnitude de mineralização, em particular na ilha de São Miguel, mas também nas ilhas Terceira, Graciosa, São Jorge, Faial, Pico e Flores. As águas minerais dos Açores agrupam-se em 4 grupos (Cruz & França, 2006): os grupos 1 e 2, emergentes a partir de aquíferos de altitude, englobam águas frias, termais e hipertermais, estas últimas relacionadas com fumarolas, em que o ph é básico; o grupo 3 compreende águas de fumarolas, de composição aniónica dominada pelo SO 2-4 e um carácter fortemente ácido; o grupo 4 agrega amostras frias e termais, emergentes a partir de aquíferos de base, junto ao mar, muito mineralizadas e em que o quimismo é influenciado por mistura com sais marinhos, que se traduz pela fácies cloretada sódica (Fig. 1). Os recursos hidrominerais são passíveis de numerosas utilizações, desde fins terapêuticos, aproveitamentos industriais para engarrafamento, no decurso da prospeção de recursos geotérmicos com o estudo das características destes fluidos, ou até no âmbito de programas de monitorização da atividade vulcânica com a realização de observações periódicas, entre outras.

2 672 J. V. Cruz et al. / Comunicações Geológicas (2014) 101, Especial II, No presente trabalho discutem-se alguns resultados obtidos no decurso da monitorização hidrogeoquímica efetuada há mais de duas décadas na ilha de São Miguel, com algumas interrupções na primeira metade deste período de tempo. A ilha de São Miguel localiza-se no Grupo Oriental dos Açores, entre 37º55 N e 37º04 N de latitude, e 25º52 W a 25º08 W de longitude. Com uma área igual a 744 km 2 e habitantes (2011), São Miguel é a maior ilha do arquipélago, e aquela em que ocorrem 73% do total dos 116 pontos de água mineral inventariados (Cruz et al., 2010; Freire et al., 2014). Fig. 1. Composição relativa em iões principais das águas minerais ocorrentes no arquipélago dos Açores representada de acordo com um diagrama de Piper. Fig. 1. Major-ion relative composition represented by means of a Piper-type diagram for the mineral waters in the Azores archipelago. 2. Monitorização hidrogeoquímica na ilha de São Miguel Na medida que o arquipélago dos Açores é uma região vulcânica ativa, um dos principais enfoques do Centro de Vulcanologia e Avaliação de Riscos Geológicos (CVARG) é o desenvolvimento e a operacionalização de uma rede de vigilância vulcânica multidisciplinar, que inclui a monitorização hidrogeoquímica. No âmbito desta rede, o CVARG monitoriza quinzenalmente na ilha de São Miguel doze pontos de água mineral, sendo seis pertencentes à massa de água subterrânea Água de Pau, cujos limites coincidem com o Vulcão do Fogo, e seis pertencentes à massa de Água Furnas Povoação, que se encontram circunscritos às formações geológicas pertencentes aos Vulcões das Furnas e da Povoação. Os seis pontos de água mineral sujeitos à monitorização na região do Vulcão do Fogo são os seguintes: Lombadas, Lombadas doce e Lombadas furo I, Caldeira da Ribeira Grande Férrea ou Pocinha, Caldeira Velha Fumarola e Caldeira Velha Nascente. As outras seis emergências, na área de influência dos Vulcões das Furnas e da Povoação são as emergências Água Azeda, Caldeira Grande, Caldeira da Lagoa das Furnas Caldeirão, Quenturas I e Torno. Relativamente à emergência Lombadas "doce" a monitorização periódica foi interrompida entre agosto de 2007 e outubro de 2008, em virtude de um movimento de vertente verificado em julho de 2007 ter limitado a acessibilidade ao ponto de água. No caso do ponto de água Lombadas furo I a amostragem foi cessada em junho de 2008 por vandalização do mesmo. Para todas as emergências referidas anteriormente, os parâmetros físico-químicos analisados in situ como a temperatura, o ph e a condutividade elétrica são registados utilizando aparelhos portáteis digitais e o CO 2 livre e a alcalinidade são determinados por titulação. Em laboratório, as concentrações dos iões sulfato e cloreto são determinadas recorrendo à técnica da cromatografia iónica ou à titulação, enquanto que para os catiões se recorre técnica da espetrometria de absorção atómica. 3. Enquadramento geológico e hidrogeológico 3.1. Enquadramento geológico A geologia de São Miguel é dominada por três vulcões centrais ativos, de natureza traquítica, nomeadamente os Vulcões das Sete Cidades, Fogo e Furnas. A atividade dos três vulcões centrais é demonstrada pelas 57 erupções que

3 Águas minerais da ilha de São Miguel: monitorização entre 1992 e tiveram lugar nos últimos 5000 anos, a que corresponde um volume de lava emitido da ordem de 4.6 km 3 (Booth et al., 1978). Além destes três vulcões, outras quatro unidades geológicas são cartografadas na ilha (Pacheco et al., 2013): os Vulcões da Povoação e do Nordeste, assim como os Sistemas Vulcânicos Fissurais dos Picos e do Congro. O Vulcão do Fogo, apresenta um aparelho vulcânico central com uma caldeira no topo, cujas paredes apresentam cerca de 300 m de altura. Nos flancos do vulcão central observam-se cones de escórias, domos traquíticos, maars e espessas coberturas de depósitos piroclásticos (Wallenstein, 1999). O Vulcão das Furnas, localizado entre o Vulcão da Povoação, a este, e o Sistema Vulcânico Fissural do Congro, a oeste, corresponde a um vulcão central e está representado por produtos traquíticos resultantes de atividade vulcânica essencialmente explosiva, bem como por domos e escoadas lávicas muito espessas. No topo do vulcão existe um complexo de caldeiras, resultante de importantes episódios de colapso; a caldeira mais antiga apresenta cerca de 7 km de comprimento por 5 km de largura e no interior desta, um episódio de subsidência mais recente, levou à formação de outra caldeira, aproximadamente semi-circular, com 5 km de diâmetro médio (Guest et al., 1999) Enquadramento hidrogeológico Em São Miguel foram delimitadas seis massas de água (Achada, Nordeste Faial da Terra, Ponta Delgada Fenais da Luz, Água de Pau, Furnas Povoação, Sete Cidades), e cartografadas 1100 nascentes (1,48 nascentes/km 2 ) e 26 furos (0,03 furos/km 2 ). O caudal específico na ilha de São Miguel varia entre 0,49 e 100 L/sm (mediana=1,11 L/sm) e a transmissividade entre 5,98x10-4 e 1,22x10-1 m 2 /s (mediana=1,35x10-3 m 2 /s). As estimativas de condutividade hidráulica apresentam valores médios mais elevados na massa de água Ponta Delgada Fenais da Luz (3,69x10-3 m/s), enquanto na massa de água Água de Pau esses valores são da ordem de 10-5 m/s a 10-7 m/s. As fácies dominantes são cloretada sódica e bicarbonatada sódica, embora se observem alguns tipos de água cuja classificação se pode considerar intermédia (Cruz, 2004). A condutividade elétrica varia entre 25,5 e 9670 μs/cm, e as temperaturas observadas correspondem a águas frias a ortotermais, apresentando um valor de mediana igual a 15ºC. A influência do ambiente vulcânico ativo denota-se pela ocorrência de um elevado número de águas minerais, muitas delas termais, em especial nas massas de água Furnas - Povoação, Água de Pau e Sete Cidades, cujas fácies predominantes são a bicarbonatada sódica e a cloretada sódica. 4. Apresentação e discussão de resultados As projeções gráficas das séries temporais ( ) relativas às observações dos valores de temperatura ( C), de ph e de condutividade elétrica (µs/cm) no decurso da monitorização efetuada nos Vulcões do Fogo e das Furnas encontra-se representada nas figuras 2 e 3. No que diz respeito à monitorização hidrogeoquímica realizada para o Vulcão do Fogo é evidente uma propensão geral para a estabilidade dos valores registados entre 1992 e As inconstâncias observadas verificaram-se, principalmente no ponto de água Caldeira Velha fumarola, devido à mistura com água meteórica. Quanto à monitorização hidrogeoquímica efetuada para o Vulcão das Furnas no período de estudo referido anteriormente, constata-se que os valores registados mostram uma tendência de estabilidade dos mesmos, com exceção de alguns valores observados para o ponto de água Caldeira da Lagoa das Furnas. As modificações detetadas nos parâmetros observados neste último ponto podem ser, igualmente, justificadas como resultantes da mistura com águas meteóricas, nomeadamente de superfície. Assim, a robustez dos valores obtidos salienta não só o equilíbrio do sistema hidrotermal associado quer ao Vulcão do Fogo, quer ao Vulcão das Furnas, como também mostra a validade da utilização da monitorização hidrogeoquímica na vigilância da atividade vulcânica dos Açores. 5. Conclusões A ocorrência de numerosas emergências de águas minerais no arquipélago dos Açores constitui uma oportunidade para utilizar a composição hidrogeoquímica daquelas águas no âmbito das atividades de vigilância vulcânica. Deste modo na ilha de São Miguel, são monitorizados 12 pontos de água mineral, sendo seis pertencentes ao Vulcão do Fogo e seis ao Vulcão das Furnas. Para todas as emergências são registados quinzenalmente a temperatura, o ph, a condutividade elétrica, o CO 2 livre, a alcalinidade, o bicarbonato, o cloreto e o sulfato. Dos diversos parâmetros estudados, com a exceção de algumas variações nos pontos de água Caldeira Velha fumarola e Caldeira da Lagoa das Furnas, resultantes da mistura com águas frias, do escoamento de superfície, os resultados obtidos no período entre 1992 e 2013 patenteiam uma grande estabilidade. Esta estabilidade permite validar a metodologia utilizada, e possibilita a consideração de linhas de base da composição das águas em causa, passíveis de interpretar qualquer modificação no futuro como decorrentes do funcionamento dos sistemas vulcânicos sobre vigilância.

4 674 J. V. Cruz et al. / Comunicações Geológicas (2014) 101, Especial II, Fig. 2. Série temporal relativa aos pontos de água mineral Caldeira Velha Fumarola, Caldeira Velha Nascente, Lombadas, Lombadas "doce", Lombadas Furo I e Pocinha, no período 1992 e 2013 (A - temperatura ( C); B - ph; C - condutividade elétrica (µs/cm). Fig. 2. Time series for the Caldeira Velha Fumarola, Caldeira Velha Nascente, Lombadas, Lombadas "doce", Lombadas Furo I and Pocinha discharges from 1992 to 2013 (A - temperature ( C); B - ph; C - electrical conductivity (µs/cm). Fig. 3. Série temporal relativa aos pontos de água mineral Azeda, Caldeira Grande, Caldeira da Lagoa das Furnas, Caldeirão, Quenturas I e Torno, no período 1992 e 2013 (A - temperatura ( C); B - ph; C - condutividade elétrica (µs/cm). Fig. 3. Time series for the Azeda, Caldeira Grande, Caldeira da Lagoa das Furnas, Caldeirão, Quenturas I and Torno discharges from 1992 to 2013 (A - temperature ( C); B - ph; C - electrical conductivity (µs/cm).

5 Águas minerais da ilha de São Miguel: monitorização entre 1992 e Referências Booth, B., Croasdale, R., Walker, G.P.L., A quantitative study of five thousand years of volcanism on São Miguel, Azores. Philosophical Transactions of the Royal Society of London, 288, Cruz, J.V., Ensaio sobre a água subterrânea nos Açores. História, ocorrência e qualidade. SRA, Ponta Delgada, 288 p. Cruz, J.V., França, Z., Hydrogeochemistry of thermal and mineral springs of the Azores archipelago (Portugal). Journal of Volcanology and Geothermal Research, 151, Cruz, J.V., Freire, P., Costa, A., Mineral waters characterization in the Azores archipelago (Portugal). Journal of Volcanology and Geothermal Research, 190, Freire, P., Andrade, C., Viveiros, F., Silva, C., Coutinho, R., Cruz, J.V., Mineral water occurrence and geochemistry in the Azores archipelago (Portugal): insight from an extended database on water chemistry. Environmental Earth Sciences, ISSN (doi: /s ). Guest, J.E., Gaspar, J.L., Cole, P.D., Queiroz, G., Duncan, A.M., Wallenstein, N., Ferreira, T., Pacheco, J.M., Volcanic geology of Furnas volcano, São Miguel, Azores. Journal of Volcanology and Geothermal Research, 92, Pacheco, J.M., Ferreira, T., Queiroz, G., Wallenstein, N., Coutinho, R., Cruz, J.V., Pimentel, A., Silva, R., Gaspar, J.L., Goulart, C., Notas sobre a Geologia do arquipélago dos Açores. In: R. Dias, A. Araújo, P. Terrinha, J.C. Kullberg, (Eds). Geologia de Portugal, Escolar Editora, Lisboa, Wallenstein, N., Estudo da história recente e do comportamento eruptivo do vulcão do Fogo (S. Miguel, Açores). Avaliação preliminar do hazard. Tese de doutoramento, Universidade dos Açores (não publicada), 266 p.