MÉTODOS DE OBSERVAÇÃO EM OCEANOGRAFIA GEOLÓGICA

SUBMERSIVEIS – NGS
HOV - Human Occupied Vehicles
William Beebe e Otis Barton - 1934
Desceram a 900 m de profundidade
SUBMERSIVEIS – TRIESTE
Jacques Piccard e Don Walsh - 1960
Trieste desce a 10,915 m na Fossa das Marianas
Mergulho de 5 horas, permanecendo no fundo por 20 minutos
– pressão de 8 toneladas por pé quadrado.
SUBMERSIVEIS – ALVIN
- Construído em 1964
- Primeiro submersivel capaz de
conduzir passageiros (1 piloto e 2
observadores)
- Altualmente alcança
profundidades de até 4400 m.
- Tempo máximo de permanência
no fundo de 72 horas
- Velocidade máxima de 7,5 km/h
- Descobriu as fontes hidrotermais
em 1977
- Afundou em 1968, a uma
profundidade de 1500 m.
SUBMERSIVEIS – MIR
- Construído em 1964
- Junto ao frances Nautilius, faz o
segundo mergulho mais profundo
atualmente – 6000 m (japones Shinkai
chega a 6500 m)
-.Deslocamento vertical de 35 m /
minuto – 2 hs para alcançar prof.
máx..
- Tempo máximo de permanência no
fundo de 72 horas
- Velocidade máxima de 18 km/h
ROV’s – Remotely Operated Vehicles
Em terra….
… ou no mar
http://www.ise.bc.ca
Hysub 40
ROV – ROPOS
- Submersivel operado remotamente
- Opera a até 5000 m, em um raio de 100 m em relação
à base
- Construido para maximizar a produção de resultados
- Equipado com cameras digitais, braços articulados capazes de manusear ferramentas,
amostradores, sonar, sistema de telemetria e equipamentos de sondagem.
ROV
Perry Trenching System
Trabalho pesado
- opera a 3000 m de profundidade
- sustenta 5000 kg.
AUV’s – Autonomous Underwater Vehicles
- ABE – Authonomous Benthic Explorer
- Construido em 1995 pelo Woods Hole Oceanographic Institution
- Robô submarino comandado por instruções pré-estabelecidas – após lançado só é
recuperado em data e horário programados para retorno à superfície – vários
meses.
- Custo operacional – US$ 3.000,00 / dia
- Velocidade máxima de 7,5 km/h
-Equipado com CTD, cameras de video, magnetometro, sonar para mapeamento e
coletor de amostras geológicas.
SONAR – Sound navigation and range
1912 – Titanic
1918 – 1a. Guerra Mundial
1919 - 1a. ecosonda
200 KHz
http://oceanexplorer.noaa.gov/history
Década de 1950 –
Ecobatímetros de
precisão – mapeamento
das planícies abissais
http://oceanexplorer.noaa.gov/history
ECOSONDAS – feixe único
Velocidade conhecida
Tempo retorno = profundidade
200 KHz
Plataforma
continental
P = V.DT
2
A velocidade do som na
água pode variar em 4%
devido mudanças da
densidade. – relevante
para levantamentos nas
planícies abissais.
18 kHz
Planícies
abissais
múltiplos
38 Khz
1% de erro na velocidade
do som resulta em 30 m
de erro em uma coluna
d’água de 2000 m.
ECOSONDAS – sistema de varredura
ECOSONDAS - multi-feixes (SWATH)
Sea Beam - 1977
Sist.
1180
1050
2120
3012
30 a 150 medições pontuais de
velocidade e força do sinal sonoro
FILME
Swath_bathymetry_seabeam.avi
Freq.
180 kHz
50 kHz
20 kHz
12 kHz
Feixes
126
126
151
205
Ângulo
153°
153°
150°
150°
Prof. Max.
600 m
3.000 m
8.000 m
11.000 m
Sea Beam
Sist.
Freq.
Prof.
Ângulo Cobert./dia
SB 2000
12 kHz
200 - 11000 90-120° 2.500 km²
Hydrosweep 15,5 kHz 10 - 10000
90°
3.700 km²
Simrad EM12 13 kHz
10 – 11000 150°
4.000 km²
Simrad EM100 95 kHz
10 - 700
150°
função V
ECOSONDAS MULTI-FEIXES
Águas rasas
180 KHz
Águas profundas
12 KHz
ECOSONDAS - multi-feixes (SWATH)
“SONAR” DE VARREDURA LATERAL
sound navigation and range
Feições salientes no fundo, bem como terreno
mais rugoso, retornam um eco de maior
intensidade e geram uma coloração clara no
registro. Sombras e substrato inconsolidado
(areia e lama) retornam um eco de menor
intensidade, criando uma área mais escuras no
registro.
GLORIA – Geological Long Range Inclined Asdic – varredura de 60 km,
mapeou a maior parte dos oceanos.
SONAR DE VARREDURA LATERAL
- 6 a 12 kHz
- mapeamentos de grande escala
- GLORIA e SeaMARC II
- 20.000 km2 / dia
- 100 a 500 kHz
- mapeamentos de águas rasas – maior
resolução
- Varredura de 2 km
SONAR DE VARREDURA LATERAL
Ayres Neto (2001)
SHALLOW TOW - GLORIA
GLORIA
DEEP TOW
Transdutor rebocado a uma altura correspondente a 10% da capacidade de
varredura
SATÉLITES
Altimetria por Radar (RAdio Detecting And Ranging)
O radar, da mesma forma que uma ecosonda, mede sua distância até a
superficie do oceano. SEASAT em 1978 e GEOSAT em 1985.
SEASAT
Dados altimétricos, ventos, temperatura da água,
ondas de gravidade, ondas internas, vapor d’água, gelo,
etc
Altitude = 800 km
Resolução vertical = 10 cm
Varredura = 100 km de largura
GEOSAT (dados altimétricos apenas)
Velocidade deslocamento 7 km/s
Orbita a Terra 14 vezes por dia
Resolução vertical de 3 cm
Resolução da superfície = 10 km a 15 km
Medições em área com 1 – 5 km diâmetro
SATÉLITES
ERS-1 (1991-1999 e ERS-2 (1995 - )
Europeu
 Dados altimétricos, ventos, temperatura da água,
radiação infavermelha (SST), vapor d’água
 Altitude = 800 km
 Resolução vertical = 5 cm
 Varredura = 35 dias para cobrir toda a Terra
TOPEX-POSEIDON (1992-2005), JASON-1
(2001-) e JASON-2 ( lançamento em 2008)
Franco-Americano
 Dados altimétricos, ventos e vapor d’água
 Altitude = 800 km
 Resolução vertical = 2 cm
 Resolução espacial 0,5o
SATÉLITES
Imagens geradas pela com a composição de várias passagens
SUPERFÍCIE DO MAR
Altimetria por Radar
GEÓIDE
ELIPSÓIDE DE REFERÊNCIA
A superficie do oceano se adequa às: i- variações de gravidade associadas ao
relevo submarino e, ii- variações de gravidade associadas à estrutura interna da
crosta e manto - GEOIDE
90
N
60
80
o
30
o
60
100 m
0
40
o
-1 00 m
30
o
20
60
o
0
90
0
180
360
20
40
o
60
-100
-50
0
50 metros
o
80
S
o
o
SATÉLITES
Altimetria por Radar
Topografia do Pacifico norte
revista a partir de dados do
GEOSAT
http://www.ngdc.noaa.gov
Margem continental da Escócia e a elevação
da superfície marinha indicada por satélites
Um vulcão de 2km de altura gera uma
saliência de 2 m de altura e 40 km de
diâmetro.
SATÉLITES
Mapa de Smith & Sandwell
1996
Imagem NGDCNOAA obtida a partir
de dados de
sondagens
ecobatimétricas de
embarcações
combinadas com
altimetria por
satélite.
Representação da
topografia em áreas
sem gelo (entre 72
graus N e S)
Trajeto de
embarcações
Batimetria +
dados satélites
NGDC - NOAA
SATÉLITES
Altimetria por Radar – conversão
em anomalias gravitacionais
para salientar pequenas feições
topográficas do fundo marinho
Anomalia global do geóide – Verde
áreas próximas à superficie geoidal.
Amarelo, laranja e vermelho –
aumento da gravidade. Azul,violeta e
magenta – diminuição da gravidade
NOAA
SATELITE APERTURE RADAR
Radar de Abertura Sintética - Imageameno do terreno como um sonar
de varredura lateral, não é obstruído por cobertura de nuvens. Permite
discernir feições topográficas submersas através do seu reflexo na
superfície.
Porque abertura sintética? Deslocamento da plataforma (avião,
satélite) simula uma grande antena
SATÉLITES – SAR
Washinton D.C.
Sandya National Lab.
NASA
Ondas internas no
Golfo da Califórnia
SATÉLITES – SAR
Corrente do Golfo próximo ao Cabo
Hatteras
Lee-Lueng Fu e Benjamin Holt 1982
Lee-Lueng Fu e Benjamin Holt 1982
Refração de ondas de gravidade na costa
de Portugal
SATÉLITES – INTERFEROMETRIA POR
RADAR
Duas imagens consecutivas de um mesmo local, obtidas de uma plataforma
estacionária, não apresentarão mudança de fase do sinal de retorno se o
alvo mantiver-se fixo.
O deslocamento do alvo altera a fase do sinal (em relação ao sinal inicial).
Conhecendo-se o comprimento de onda e a alteração da fase, obtém-se o
deslocamento do terreno. Só detecta a componente dos movimentos na
direção do satélite.
Cada conjunto completo de
anéis representa metade do
comprimento de onda
Geleira Antartica com rápido
deslocamento central
e
Didier Massonnet 1997
Cone vulcânico na Italia - aneis
marcam quatro ciclos de
interferência, os quais somam
11 cm de subsidência em 13
meses
Didier Massonnet 1997
SÍSMICA – tomografia terrestre
Início das investigações
utilizando energia liberada
pelos terremotos
P – primeira, ondas compressionais,
velocidade na crosta de 6 km/s, propaga-se
por sólido e líquido
S – secundária,ondas de cizalhamento,
velocidade na crosta de 3,5 km/s, propaga-se
em sólido
SÍSMICA DE REFLEXÃO E REFRAÇÃO
A espessura e estratigrafia do pacote sedimentar nos oceanos é investigada pela
sísmica de reflexão, enquanto que informações da crosta oceânica a manto superior
são obtidas com a sísmica de refração.
A técnica envolve a cronometragem do tempo de envio e retorno de uma onda
(pulso) sísmica, a qual sofre reflexão e refração nas descontinuidades litológicas do
substrato.
Um dos primeiros perfis sísmicos na cordilheira
Sísmica de reflexão
meso-oceânica, mostrando a pequena
espessura de sedimentos acumulados – as
bacias são realmente antigas?
Whitmore and Lines (1986) - http://www.searchanddiscovery.net/documents/geophysical/bording/index.htm
SÍSMICA DE REFLEXÃO E REFRAÇÃO
Um perfil sísmico mostra as
variações de velocidade das
ondas sonoras no substrato, e
não uma seção geológica –
identifica fácies sísmicas
A resolução é limitada pela
frequência do sinal sonoro –
para que 2 horizontes
refletores sejam distinguidos,
eles devem estar separados
por não menos que 25% do
comprimento de onda –
Critério de Rayleigh.
QUANTO MAIOR A
FREQUÊNCIA MENOR A
PENETRAÇÃO.
0,1 kHz
18 kHz
SÍSMICA DE REFLEXÃO E REFRAÇÃO
O conhecimento da velocidade de propagação do som nas diferentes
camadas permite calcular a profundidade. A realização de sondagens
permite correlacionar as fácies sísmicas às fácies sedimentares
sondagens
Instrumentos e Resoluções
http://woodshole.er.usgs.gov/operations/sfmapping/seismicsources.htm
Boomer
Corrente elétrica de alta voltagem desloca membrana
Frequencia do sinal - 300Hz - 3kHz
Resolução: 0.5 a 1 m
Penetração; 25 to 50 m.
Instrumentos e Resoluções
Water Gun
Fonte pneumática deslocando
volume de ar que impulsiona
pistão que por sua vez expele
jato de água. Este entra na
coluna d’água gerando um
vazio atrás, que colapsa
criando um pulso acústico pulso entre 20 Hz - 1500 Hz
Instrumentos e Resoluções
Air Gun
Fonte pneumática deslocando
volume de ar e gerando bolha
que entra em colapso devido
à pressão hidrostática - pulso
entre 100 Hz - 1200 Hz
Instrumentos e Resoluções
Sparker
Ionização da água por
corrente elétrica provoca uma
bolha que ao implodir gera um
pulso que varia de 50 Hz a 4
Hz
http://woodshole.er.usgs.gov
SÍSMICA 3D
Gabrilea Suarez - The Leading Edge; October 2004; v. 23; no. 10; p. 1071-1076;
Cunha de acumulação de
sedimentos no limite entre as
placas
SÍSMICA DE REFLEXÃO E ESTRUTURA
TERMOHALINA DO OCEANO
Holbrook et al., Science 2003