O CRISTALINO COMO MEIO AQUÍFERO NO ESTADO DO CEARÁ

O CRISTALINO COMO MEIO AQUÍFERO NO ESTADO DO CEARÁ Ticiana Marinho de Carvalho Studart, Dr Esnesto da Silva Pitombeira,PhD Horst Frischkorn, Dr.rer.nat Professores do Depto. de Eng a Hidráulica e Ambiental Universidade Federal do Ceará - Campus do Pici - Bloco 713 Caixa Postal 6018 - CEP: 60451-970 - Fortaleza-Ceará RESUMO Inserido totalmente no Polígono das Secas, o Estado do Ceará tem 98,69% de sua população rural vivendo na região semi-árida. A geologia do Estado, com rochas cristalinas aflorando em aproximadamente 75% de sua área, torna seu potencial de águas subterrâneas bastante baixo. A alimentação destes terrenos é de ordem pluvial, com infiltração direta ou por intermédio dos rios; a primeira constitui-se na principal contribuição, limitada pelo curto período da estação chuvosa e pela pouca capacidade de retenção de água pelo solo, excetuando-se as zonas fraturadas ou intensamente intemperizadas. O regime torrencial e intermitente de seus rios influencia na pouca alimentação dos aquíferos; os cursos d água permanecem secos a maior parte do ano. A circulação de água subterrânea no cristalino tem íntima relação com a geometria e interligação da rede de juntas, fraturas ou falhas das rochas do substrato. Essa disposição é muitas vezes refletida em superfície pela rede de drenagem, que facilita a alimentação. A medida em que se aprofundam, o sistema de interligação fica mais rarefeito, diminuindo a capacidade de circulação. A determinação das características geométricas de todas as fraturas do local de estudo é praticamente impossível. Deste modo, é indispensável a abordagem probabilística no sentido de determinar quais distribuições de probabilidade melhor descrevem o comportamento das variáveis aleatórias abertura, densidade, comprimento e orientação das fraturas. Este trabalho pretende dar uma contribuição ao estudo do cristalino como meio aquífero no Ceará, tendo em vista a importância do tema para o Estado, o qual necessita, urgentemente, da determinação de suas reais potencialidades hídricas, para que possa desenvolver regras de exploração de poços de reduzida vazão no cristalino, no sentido de assegurar retiradas compatíveis com a recarga. ABSTRACT

INTRODUÇÃO Apenas nas últimas duas décadas se começou a estudar uma outra propriedade das rochas, além da estabilidade - sua capacidade de armazenar e transmitir água (Pitombeira, 1994). Tanto as rochas duras como os depósitos sedimentares não consolidados podem conter água subterrânea. Na realidade, qualquer tipo de rocha, seja ela sedimentar, ígnea ou metamórfica, desde que seja suficientemente porosa e permeável, pode se constituir um aquífero. Os depósitos sedimentares se originam a partir do intemperismo ou meteorização que decompõe e desintegra rochas pré-existentes. Um exemplo de rocha sedimentar é aquela que se origina a partir de sedimentos arenosos ou argilosos, transportados e depositados em ambientes sub-aquáticos. Quando os depósitos de areia e argila são suficientemente espessos, a pressão exercida pelas camadas superiores sobre as sotopostas tende a compactar a areia e a argila, reduzindo o seu volume. A infiltração nos poros e aberturas entre os grãos de areia produz a cimentação dos mesmos, tanto durante como após a compactação (CETESB,1978). Deste modo, a areia é transformada em arenito e as argilas em folhelhos argilosos. As rochas ígneas são aquelas que se originam do resfriamento de uma mistura de silicatos em fusão (magma), oriunda de profundidades variáveis da crosta terrestre. O magma quando extravasa na superfície é designado "lava" que, em virtude do resfriamento rápido, apresenta aspecto vítreo. As atividades vulcânicas produzem as rochas designadas extrusivas ou vulcânicas. O basalto é um importante exemplo de rocha extrusiva vulcânica, que, frequentemente, constitui-se em um bom aquífero, devido a quantidade de fraturas e fendas que apresenta, além de apresentar grande porcentagem de poros ou aberturas de tamanho considerável, pelo escapamento dos gases (CETESB,1978). Entretanto, quando o magma solidifica em profundidades consideráveis, as rochas resultantes apresentam os minerais bem desenvolvidos, em consequência do resfriamento lento. Essas rochas são denominadas plutônicas ou intrusivas. Normalmente não são porosas, ou apresentam um percentual muito pequeno de poros; o granito é um exemplo. As rochas metamórficas compreendem rochas ígneas e sedimentares, bem com as próprias metamórficas alteradas em grandes profundidades da crosta terrestre em virtude das enormes pressões e altíssimas temperaturas, além da ação de fluidos quimicamente ativos (CETESB,1978). Nessa condições, o arenito se transforma em quartzito; os folhelhos argilosos dão lugar aos filitos e a micaxistos; o granito se transforma em gnaisse ou migmatito O cristalino, formado pelas rochas ígneas e metamórficas, ocupa cerca de 95% do volume da crosta terrestre, entretanto, comporta apenas 5% do total de água subterrânea do planeta (CETESB,1978), devido à sua baixísima porosidade intergranular, da ordem de 3%, e muito comumente, de 1% (Davis e DeWiest, 1966). Os poucos poros existentes são muito pequenos e geralmente não interligados,

resultando em permeabilidades tão diminutas, que podem ser consideradas nulas em muitos casos. Entretanto, a porosidade e a permeabilidade podem ser sensivelmente incrementadas pelo intemperismo e fraturamento destas rochas. Dentre os distúrbios superficiais mais importantes, estão os desmoronamentos de rochas e o alívio de pressão devido a processos erosivos de camada inferiores, que produzem depósitos locais de fragmentos rochosos que podem se tornar importantes zonas de recargas (Davis e DeWiest, 1966). A porosidade média das rochas ígneas e metamórficas decrescem rapidamente com a profundidade (Davis e DeWiest, 1966). Este decréscimo está relacionado ao peso das camadas sobrejascentes e à tendência destes distúrbios superficiais só serem sentidos a uma certa profundidade do maciço rochoso. Juntas, falhas e outros fraturamentos tendem a se fechar e a se distanciar com a profundidade, chegando a inexistirem por completo após algumas centenas de metros (Davis e DeWiest, 1966). A ÁGUA SUBTERRÂNEA E O CRISTALINO CEARENSE Inserido totalmente no Polígono das Secas, território oficial da incidência de secas no Nordeste, no qual a aridez do solo, em maior ou menor grau, é uma constante, o Estado do Ceará ocupa área de 148.016 km 2, cerca de 9,5% da área total do Nordeste, onde vivem cerca de 6,3 milhões de pessoas (Gondim F o,1994). Segundo o Censo de 1991, 98,69% de sua população rural vive na área semi-árida do Estado (Gondim F o, 1994). A população urbana, pelo mesmo estudo, corresponde a 65% da população total do Estado, tendendo a crescer para 82%, no ano 2.020, segundo projeções do Grupo de Recursos Humanos do Projeto Áridas (1992). A geologia do Estado, com rochas cristalinas aflorando em aproximadamente 75% de sua área (Ceará, 1992.a), torna seu potencial de águas subterrâneas bastante baixo; vez que as rochas cristalinas têm sua capacidade de acumulação restrita ao manto de intemperismo, aos aluviões e às zonas fraturadas (fendas e falhas). Em geral, o rendimento hídrico de poços em rochas ígneas e metamórficas é baixo, da ordem de 2 a 6 m 3 /h (Davis e DeWiest, 1966.); no Ceará, essas vazões se situam entre 1 e 3 m 3 /h (Ceará, 1992.a) (Tabela 2). As variações existentes poço a poço refletem mais as diferenças nos graus de fraturamento e intemperismo que na mineralogia das rochas (Tabela 1). A alimentação destes terrenos é de ordem pluvial, com infiltração direta ou por intermédio dos rios. No Ceará, a primeira constitui-se na principal contribuição, limitada pelo curto período da estação chuvosa e pela pouca capacidade de retenção de água pelo solo, excetuando-se as zonas fraturados ou intensamente intemperizadas. O regime torrencial e intermitente de seus rios influencia na pouca alimentação dos aquíferos. Os cursos d água permanecem secos a maior parte do ano; as precicipitações escoam, provocando inundações temporárias ou são consumidas pela evapotranspiração. Tabela 1 - Vazão Média de Poços em Rochas Ígneas e Metamórficas (m 3 /h) LITOLOGIA Granito Gabbro Gnaisse Xisto Filito Ardósia Dolomita Quartzito

Pretória, Africa do Sul 2,00 - - 5,00 - - - - Nordeste da Rodésia - - - 3,00 1,20-6,80 - Oeste de Rajasthan, Índ 1,20 - - - - 1,60 - - Suécia 1,80-2,00 - - - - 2,00 Estados Unidos: - - - - - - - - Connecticut 2,60-2,40 2,80 - - - - Maryland - 2,20 2,40 4,80 1,60 - - - Virginia 2,40-3,40 2,40 - - - - North Carolina 3,40 6,00 4,60 4,40 - - - - Maine 5,00 - - 4,00-3,00 - - Sul de New England 7,60-1,80 2,00 - - - - Fonte: Davis e DeWiest, 1966. Tabela 2 - Média e Limite dos Parâmetros Hidrogeológicos das Rochas Cristalinas no Estado do Ceará Ígneas Metamórficas Profund. X 60,30 58,10 90% 81,00 76,00 N.E. X 7,80 9,20 90% 14,00 17,00 N.D. X 38,10 35,90 90% 60,00 56,00 Q X 2,50 2,87 90% 5,80 6,70 Q/sw X 0,21 0,27 90% 0,55 0,75 X = Valor médio obtido pela distribuição de frequência 90% = Limite abaixo do qual estão contidos 90% dos valores observados para o parâmetro considerado. Fonte : Ceará, 1992.a A avaliação das reservas, disponibilidades e potencialidades das águas subterrâneas no Estado é ainda muito imprecisa. Os estudos regionais foram feitos nas décadas de 60 e 70 e desde então não foi efetuado um estudo detalhado para quantificação desses valores, existindo, inclusive dados controversos sobre as reais potencialidades hídricas subterrâneas (Costa, 1995). Calcula-se, entretanto, que existam no Estado, até a profundidade de mil metros, aproximadamente 510 bilhões de metros cúbicos de águas subterrâneas, valor correspondente à apenas 4% das reservas nordestinas (ABAS, 1995) A região sedimentar do Estado se localiza basicamente ao longo do litoral, sendo formado pela província Costeira, que abrange os aquíferos Dunas e Barreiras. Na área coberta pelo cristalino, entretanto, são encontradas algumas manchas sedimentares, conhecidas como bacias sedimentares interiores, por se encontrarem no interior do continente. São elas a Bacia de Iguatú-Icó, a Bacia de Várzea Alegre - Lavras da Mangabeira e, finalmente, a mais importante de todas, a Bacia do Araripe, que ocupa

uma área de 11.500 km 2. Excetuando-se a Bacia do Araripe, as demais bacias não desempenham papel importante nas potencialidades hídricas subterrâneas do Estado. Abrangendo praticamente todo o Estado, a sub-província Escudo Oriental Nordeste é caracterizada por aquíferos fissurais livres, constituídos por rochas metamórficas ou ígneas. A circulação de água subterrânea tem íntima relação com a geometria e interligação da rede de juntas, fraturas ou falhas das rochas do substrato. Essa disposição é muitas vezes refletida em superfície pela rede de drenagem, que facilita a alimentação. A medida que se aprofundam, o sistema de interligação fica mais rarefeito, diminuindo a capacidade de circulação (SUDENE,1971). As fraturas que não estão associadas a falhas apenas produzem um pequeno aumento na porosidade total. As fissuras são praticamente fechadas, com aberturas inferiores a 2mm em rochas sãs (Davis e DeWiest, 1966). A determinação das características geométricas de todas as fraturas do local de estudo é praticamente impossível. Deste modo, é indispensável a abordagem probabilística destas características, no sentido de determinar quais distribuições de probabilidade melhor descrevem o comportamento das variáveis aleatórias abertura das fraturas, densidade de fratura, comprimento das fraturas e orientação das fraturas (Pitombeira, 1994). Para uma rocha de dada permeabilidade, a porosidade da zona fraturada é mais fortemente dependente do espaçamento entre as fraturas abertas e de suas aberturas médias do que da variação das aberturas e da orientação das fraturas (Snow,1968). Baecher et al (1977) concluiu, após vários estudos, que o comprimento das fraturas segue uma distribuição Lognormal e que o espaçamento entre os planos de fraturas segue uma distribuição exponencial. Segundo Snow (1968) a frequência de fraturas interceptadas por furos de sondagem de comprimentos iguais diferem de um lugar para outro, porém, obedecem uma distribuição de Poisson. Snow (1968) concluiu ainda que a abertura das fraturas elevada ao cubo segue uma distribuição Lognormal. A orientação das fraturas segue uma distribuição de Fisher (Pitombeira, 1994), a qual foi originalmente desenvolvida para o estudo de medidas de posições na superfície de uma esfera. Conclusão A teoria até hoje desenvolvida no campo da hidrologia de águas subterrâneas faz com que seja possível a determinação das características hidráulicas de um aquífero confinado. Esta análise é usualmente baseada na teoria de Theiss, que assume como verdadeiras as hipóteses de que o aquífero é isotrópico, homogêneo e de área infinita. Infelizmente, essa metodologia vem sendo aplicada também em aquíferos que não satisfazem essas condições ( Gringarten e Withespoon, 1972). Isto pode ser complicado quando se trata de aquíferos fraturados. Estudos de campo mostram que o comportamento do fluxo subterrâneo nestes aquíferos é significativamente distinto daquele realizado em sistemas homogêneos ( Lewis e Burgy, 1964).

A hidráulica de rochas fraturadas é bastante complexa e pouco conhecida. A circulação das águas se dá exclusivamente através das fraturas e, desta forma, somente em áreas de intenso fraturamento e, desde que as fraturas sejam abertas, interconectadas e estejam ligadas a uma zona de recarga, é que se pode esperar vazões razoáveis (Ceará, 1992.a). É, portanto, de fundamental importância aprimorar os conhecimentos sobre este assunto assim como sobre as reservas e recursos exploráveis da sub-província Escudo Oriental Nordeste, tendo em vista a determinação de suas reais potencialidades, para que se possa desenvolver regras de exploração de poços de reduzida vazão, no sentido de assegurar retiradas compatíveis com a recarga do aquífero cristalino, se houver. Não basta apenas que sejam implantados pontos de abastecimento de água no semi-árido. E preciso conhecer, com o necessário detalhe, o substrato cristalino do Ceará, para que se possa avaliar suas potencialidades e limites em termos de exploração, a fim de garantir, antes de tudo, que estes pontos d água atendam a população durante períodos críticos de seca, que invariavelmente acontecem. BIBLIOGRAFIA BREKKE,T.L., HOWARD, T.R. - 1972 - Proceedings Rapid Excavation and Tunneling Conference, American Institute of Mining Engineers, New York. BAECHER,G.B., LANNEY,N.A. E EINSTEIN,H.H. - 1977 - Statistical Description of Rock Properties and Sampling. 18th U.S. Symposium on Rock Mechanics, American Institute of Mining Engineers. CETESB - 1978 - Água Subterrânea e Poços Tubulares, São Paulo. CIÊNCIA HOJE - 1995- Águas no Brasil: má utilização e falta de planejamento.vol 19 num.110, SBPC. COSTA, W.D. - 1995 - Água Subterrânea e o Desenvolvimento Sustentável do Semi- Árido Nordestino, Projeto Áridas. DAVIS, S.N., DEWIEST, R.J.M. - 1966 - Hydrogeology, John Wiley and Sons, New York. GONDIM F o, J. G. C. - 1994 - Sustentabilidade do Desenvolvimento do Semi-Árido sob o ponto de vista dos Recursos Hídricos, Projeto Áridas. GOVERNO DO CEARÁ - 1992.a - Plano Estadual de Recursos Hídricos, Secretaria de Recursos Hídricos. GOVERNO DO CEARÁ - 1992.b - Política de Águas do Ceará, Secretaria de Recursos Hídricos.

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