recursos minerais marinhos - Oceanografia

RECURSOS MINERAIS
MARINHOS
O FUNDO MARINHO CONTEM RECURSOS ENERGÉTICOS (PETRÓLEO E
GÁS) E MINERAIS (AREIA E CASCALHO, FOSFORITA, CARBONATO DE
CALCIO, MINERAIS PESADOS, MAGNÉSIO, FERRO, COBALTO...)
Por RECURSOS entende-se estimativas de ocorrência potencial e
abundância de materiais, independente da possibilidade de
exploração
PETRÓLEO
Mistura complexa de hidrocarbonetos e outros compostos orgânicos
originários da matéria orgânica.
A matéria orgânica é armazenada em rochas sedimentares em
ambientes
de
sedimentares
baixa
energia
normalmente
e
não
apresentam
oxidantes.
teores
de
Rochas
carbono
orgânico total (COT) inferior a 1%. Uma rocha geradora de petróleo
apresenta entre 2% e 8% de COT, não sendo incomuns valores de
até 14%.
Matérias orgânicas derivadas de vegetais superiores tendem a
gerar gás, enquanto o material derivado de zooplancton e
fitoplancton, marinho ou lacustre tende a gerar óleo
PETRÓLEO
Mistura complexa de hidrocarbonetos e outros compostos orgânicos originários da
matéria orgânica.
O petróleo representa apenas 0,01% de toda a matéria orgânica depositada no
ambiente sub-aquático. PORQUE TÃO POUCO?
A transformação da matéria orgânica em petróleo ocorre através de processos
termoquímicos sob uma coluna sedimentar superior a 1000 m. A temperatura deve
estar entre 60°C e 120°C (ótimo a 90°C). Acima de 120°C apenas gás é gerado.
PETRÓLEO
SEÇÃO ESTRATIGRAFICA COM O SISTEMA PETROLÍFERO DA BACIA DE
CAMPOS
Millani et al 2001
PETRÓLEO
- O petróleo deve migrar de uma rocha geradora até depósitos reservatórios
(arenitos e calcário);
- a rocha reservatório tem que ser coberta por camada selante (evaporito e
xisto), para evitar que o óleo aflore na superfície e perca os constituintes mais
voláteis
Oleo minando no fundo da Baía de Santa Monica
Poços de asfalto de La Brea – Los Angeles
oceano
continente
PETRÓLEO
Exemplos de ambientes
deposicionais no mar do norte
http://www.st-andrews.ac.uk/~www_sgg/personal/crblink/web/Hydrocarbon%20formation.pdf
PETRÓLEO – POTENCIAL DEGERAÇÃO
PETRÓLEO – POTENCIAL DE GERAÇÃO
PETRÓLEO
Províncias produtoras de Petróleo
PETRÓLEO NO BRASIL
O território brasileiro possui 29 bacias sedimentares com >550 M de anos
VENEZUELA
FOZ DE
AMAZONAS
COLOMBIA
AMAZONAS
POTIGUAR
BRASIL
MARANHÃO
PERU
SERGIPE-ALAGOAS
S.FRANCISC
O
BOLIVIA
CAMAMU-ALMADA
CUMURUXATIBA
ESPÍRITO SANTO
PARANÁ
CAMPOS
SANTOS
PELOTAS
ARGENTINA
PETRÓLEO NO BRASIL
O território brasileiro possui 29 bacias sedimentares com >550 M de anos
VENEZUELA
FOZ DE
AMAZONAS
COLOMBIA
AMAZONAS
POTIGUAR
BRASIL
MARANHÃO
PERU
SERGIPE-ALAGOAS
S.FRANCISC
O
BOLIVIA
CAMAMU-ALMADA
CUMURUXATIBA
ESPÍRITO SANTO
PARANÁ
CAMPOS
SANTOS
PELOTAS
ARGENTINA
PETRÓLEO NO BRASIL
O território brasileiro possui 29 bacias sedimentares com >550 M de anos
VENEZUELA
batial
COLOMBIA
abissal
AMAZONAS
BRASIL
FOZ DE
AMAZONAS
POTIGUAR
nerítico
marinho restrito
MARANHÃO
PERU
SERGIPE-ALAGOAS
S.FRANCISC
O
BOLIVIA
CAMAMU-ALMADA
CUMURUXATIBA
ESPÍRITO SANTO
PARANÁ
CAMPOS
SANTOS
PELOTAS
ARGENTINA
PETRÓLEO NO BRASIL
Bacoccoli (2004) - http://www.onip.org.br/arquivos/O%20DESAFIO%20Palestra.pdf
PETRÓLEO NO BRASIL
Bacoccoli (2004) - http://www.onip.org.br/arquivos/O%20DESAFIO%20Palestra.pdf
PETRÓLEO
• A produção de óleo atingiu seu clímax recentemente, 40 anos após as descobertas
do maior numero de poços. Eventualmente a produção cairá por esgotamento das
reservas.
• Aproximadamente 70% das reservas mundiais de petróleo encontra-se no Oriente
Médio.
• 30% da produção total de óleo e 20% da produção de gás se dá em bacias
marinhas. No Brasil 95% das reservas encontram-se no subsolo marinho.
Campbell - http://www.geologie.tu-clausthal.de/Campbell/lecture.html
Campbell - http://www.geologie.tu-clausthal.de/Campbell/lecture.html
HIDRATOS DE GÁS
Sólidos em forma de gelo onde moléculas de água retêm moléculas de gás (sendo
o metano de longe o mais comum). O gás provem da decomposição da matéria
orgânica enterrada junto com os sedimentos, o qual percola em direção à
superfície até onde a diminuição da temperatura, com pressão adequada,
transformam seu estado
HIDRATOS DE GÁS
Hidratos de gás ocorrem nos interstícios de sedimentos marinhos, centenas
de metros abaixo do fundo e em lâmina d’água superior a 500 m. Sendo
assim locais privilegiados para sua acumulação é o talude continental,
especialmente em margens passivas.
O quantidade estimada de
carbono contido em hidratos de
gás no mundo é estimado em
duas vezes aquela existente em
todos os combustíveis fósseis no
mundo (petróleo, gás, carvão). O
volume estimado varia entre 2,8 x
1015 a 8,4 x 1018 m3 — reservas
remanescentes e estimadas de
gás natural convencional 3,7 x
1014 m3.
HIDRATOS DE GÁS
A detecção de hidratos é feita por
sondagens e, bem mais comumente,
por sísmica de reflexão, através da
identificação
de
refletores
de
simulação
de
fundo
(bottom
simmulating reflectors) localizados na
base da camada (que em perfil
sísmico aparece como uma zona de
amortecimento do sinal).
USGS
USGS
HIDRATOS DE GÁS
As zonas de acumulação de hidratos em depósitos sedimentares variam de
dezenas de centímetros a dezenas de metros de espessura. As formas de
acumulação variam entre nódulos, lâminas, veios e camadas (até 4 m de
espessura de puro hidrato).
A maior parte dos hidratos de gás encontram-se armazenados em sedimentos
argilosos, com muito pouca permeabilidade, o que dificulta o processo de
extração. Estratégias para exploração:
¾ aquecimento do reservatório acima do ponto de estabilidade utilizando injeção
de água quente;
¾ injeção de fluidos (metanol ou glicol) para abaixar a estabilidade do depósito;
¾ diminuição da pressão abaixo do ponto de equilíbrio
NÓDULOS DE FERRO-MANGANÊS
¾ Nódulos negros com diâmetros variando de 1 a 10 cm, ou crostas com vários
centímetros de espessura.
¾ Porosos, com estrutura interna de camadas concêntricas em torno de um núcleo
normalmente composto por material vulcânico, fragmento de osso ou dente de
tubarão.
¾ Densidade de 2,1 a 3,19 kg/m3
NÓDULOS DE FERRO-MANGANÊS
¾ Taxas de crescimento: ~10 mm / 106 anos → 1000 a 10.000 vezes mais lento que
a taxa de sedimentação de vazas calcárias → diluição das precipitações minerais –
ocorrem em regiões onde o substrato oceânico tem entre 20 e 80 milhões de anos
¾Taxa de crescimento no Pacífico = 25 cm / 106 anos em vales
~ 1 m / 106 anos nas elevações
¾ Formação em áreas com pequenas taxas de sedimentação e/ou sujeitas a
constante atividade erosiva → concentração de nódulos em testemunhos ocorrem em
hiatos de sedimentação.
NÓDULOS DE FERRO-MANGANÊS
A precipitação dos minerais parece ocorrer de duas formas (atuando em
conjunto ou não):
- precipitação hidrogênica a acumulação de metais (partículas coloidais)
diretamente da água do mar -metais em solução adsorvidos em pequenas
partículas em contato com a superfície dos nódulos ou das rochas (sem
participação dos sedimentos).
- processos diagenéticos associado a atividade biológica – em regiões com
grande produtividade primária, os organismos planctônicos se encarregam de
extrair minerais da água do mar, concentrando os metais adsorvidos e
particulados e liberando-os, sob forma de pelotas fecais ou organismos mortos.
NÓDULOS DE FERRO-MANGANÊS
Calcula-se que existam 100 a 200 bilhões de toneladas de nódulos apenas no Oceano
Pacífico
NÓDULOS DE FERRO-MANGANÊS
A composição mineral média em um nódulo é de 24% de manganês, 14% de ferro,
1% de cobre, 1% de níquel e 0.25% de cobalto. Concentrações de manganês nas
reservas terrestre varia entre 35% e 55%
→ pouco interessante se avaliado apenas
pela exploração de um mineral.
Concentração média dos minerais nas diferentes bacias oceânicas
NÓDULOS DE FERRO-MANGANÊS
Exploração ainda inexistente – financeiramente insustentável, tecnicamente difícil,
politicamente complicado (regulamentação internacional sugere que 50% dos lucros
de mineração em águas internacionais sejam doados à ONU, e que o know how
exploratório seja compartilhado com outras nações).
Concentração dos maiores recursos em nódulos: EUA, Madagascar, Brazil,
Antarctica, Argentina, Japan, South Africa, Canada and India, variando de 1.86 a
0.33 bilhões de toneladas. As maiores concentrações de metais específicos estão
na Antártica (manganese, cobre, níquel) e EUA (cobalto).
Viabilidade econômica:
315.000 ton/ano, ou 10 kg/s, ou 800 nódulos/s
NÓDULOS DE FERRO-MANGANÊS
Exitem mais de 100 patentes de sistemas de mineração de mar profundo:
1 – linha contígua de caçambas espaçadas regularmente ao longo de cabo
2 – colheitadeiras rebocadas ou com auto-propulsão
Binns & Decker 1998 –Sci_Am
http://geology.uprm.edu/Morelock/GEOLOCN_/resdeep.htm
Protótipo de uma máquina de mineração
sub-aquática japonesa
Método de mineração idealizado
CROSTAS DE FERROMAGNESIANAS RICAS
EM COBALTO
¾ Ocorrem nos flancos de morros
submarinos e platôs, em
profundidades de variando de 400
m a 4000 m, tendendo a
acompanhar a zona de
profundidade com menor teor de
oxigênio e locais de correntes
mais vigorosas que dificultam a
deposição de sedimentos.
¾ A taxa de crescimento é
variável entre 1 e 10 mm/Ma.
¾ Formam pavimentos de até 25
cm de espessura.
¾ As crostas contêm
aproximadamente 2,3% de
Co, 1% Ni e 3 ppm de Pt, com
razões médias de Fe/
Mn de 0,6 a 1,3.
DEPOSITOS POLIMETÁLICOS DE SULFETOS
Nas zonas de convecção junto às cordilheiras meso-oceânicas, o resfriamento
rápido da água quente (até 350°C) e ácida (Ph=3) ejetada (BLACK SMOKERS)
favorece a precipitação de minerais e a formação de depósitos de zinco, cobre,
chumbo, bário, prata, ouro, cobalto e platina.
DEPOSITOS POLIMETÁLICOS DE SULFETOS
Depósitos de sulfetos foram
identificados em mais de 100
localidades, a maioria delas no
Pacífico. Algumas regiões possuem
depósitos na forma de sedimentos
semi-consolidados.
Os únicos depósitos prospectados até
o momento localizam-se em várias
depressões localizadas na porção sul
do Mar Vermelho. Fossa Atlantis II,
com reservas calculadas em 32
milhões de toneladas (depósito com
espessura de 10-20 m, 5 km de
largura, 13 km de comprimento).
Reservas – 3.2 milhões ton Zn, 0,8
milhões Cu, 0,08 milhões de Pb, 4500 ton
Pt, 45 ton Au.
DEPOSITOS POLIMETÁLICOS DE SULFETOS
Depósitos minerais em áreas de subducção
Mar de Bismark
Papua - Nova Guiné
Valor estimado = US$ 2000 / m3
Binns & Decker 1998 –Sci_Am
Fossa de Manus - INATIVA
Fossa de Nova Bretanha
ATIVA
Binns & Decker 1998 –Sci_Am
FOSFORITA
Ocorrerm na forma de nódulos
e concreções de sedimentos
produzidas pela precipitação de
fosfato de cálcio. Ocorrem nas
plataformas continentais e
talude superior (assim como em
ilhas oceânicas e guyots) de
regiões tropicais e sub-tropicais
sujeitas a ressurgência.
A concentração do fosfato varia
consideravelmente, mas
raramente ultrapassa 30% do
peso do depósito.
Disponibilidade de depósitos
continentais inviabilizará a
exploração subaquática por um
longo tempo
Murton (2000) - Rev. Bras. Geof. vol.18 no.3
SAL
PRECIPITAÇÃO DOS SAIS CONTIDOS NA ÁGUA DO MAR:
Localização e idade dos principais depósitos evaporíticos
Warrern 1999
EVAPORITOS DE ÁGUAS RASAS
Salinidade relativa
à água do mar
2x
5x
11 x
60 x
Silva et al. 2001
Sal precipitado
carbonato (aragonita e calcita)
sulfatos (anidrita e gipsita)
halita
sais complexos de potássio
e magnésio
Deposição carbonática e tapete algal
Silva et al. 2001
Depósito de halita junto a matéria orgânica
Cristal de halita em meio a matéria orgânica
EVAPORITOS DE ÁGUAS PROFUNDAS
Não existe atualmente ambiene análogo aos ambientes do
passado.
Mar Morto é o que mais se aproxima: Conc. = 300 – 400 g/l
H2O = 22oC
Evaporitos laminados a 300 m de profundidade
SAL
EM DEPÓSITOS EVAPORÍTICOS
anidrita (CaSO4), halita (NaCl), diferentes sais de potássio e magnésio
(silvinita e carnalita)
Mina de Taquari-Vassouras
cloreto de potássio a 640 m de prof.
550 mil ton/ano
Brasil 7a. reserva mundial
(estados de Amazonas e Sergipe)
Exploração de gipsita e
anidrita Chapada do
Araripe - PE
Nódulos de anidrita
Halita bandada com
matéria orgânica
Silva et al. 2001
Evaporitos asssociados a reservas
de petróleo
Sedimentos depositados sob condições hipersalinas,
particularmente aqueles depositados na fase salina de transição
entre carbonatos e evaporitos marinhos (60 a 150 g/l), são agora
reconhecidos como fontes potenciais de significantes quantidades
de óleo
Silva et al. 2001