Geofísica Ambiental

A Geofísica Ambiental é a área da Geofísica que estuda, avalia e procura soluções que possam minimizar os efeitos danosos causados pela disposição de resíduos em interação direta com o meio ambiente.

A natureza não invasiva dos métodos geofísicos (não afetam e não destroem camadas selantes naturais ou artificiais), aliada ao baixo custo, rapidez e facilidade de aplicação dos ensaios, torna-os particularmente adequados para aplicação no estudo de tais problemas. De uma forma geral a utilização de geofísica na caracterização de uma área afetada por substâncias poluentes consiste na detecção e mapeamento da área afetada, profundidade da zona saturada, direção do fluxo subterrâneo e profundidade do substrato rochoso. O estudo dessas características possibilitam a avaliação do nível de poluição do local para orientar medidas de monitoramento e remediação da área afetada.

 Métodos geofísicos utilizados

De uma forma geral a utilização de geofísica na caracterização de uma área afetada por substâncias poluentes consiste na obtenção de informações a respeito da detecção e mapeamento da extensão da área afetada, profundidade da zona saturada, direção do fluxo subterrâneo e profundidade substrato rochoso inalterado. Em alguns casos informações mais específicas podem ser importantes, como velocidade de fluxo, presença de fraturas e fluxo na zona saturada, avaliação de interação entre os poluentes e o meio físico, detecção de tipos específicos de materiais em áreas de disposição de resíduos, definição da espessura e estrutura de depósitos de resíduos.

O fator determinante na escolha do método geofísico adequado ao estudo de um local com problema de poluição ambiental refere-se ao tipo de informação necessária para avaliação do problema. Vários métodos geofísicos são aplicados em estudos ambientais, mas o maior potencial de aplicação é apresentado atualmente pelos métodos da eletrorresistividade e eletromagnético indutivo. A seguir são descritos brevemente como os principais métodos geofísicos são utilizados em trabalhos de Geofísica Ambiental.

Método da Eletrorresistividade

Esse método geofísico emprega uma corrente elétrica artificial que é introduzida no terreno através de dois eletrodos com o objetivo de medir o potencial gerado em outros dois eletrodos nas proximidades do fluxo de corrente. As relações entre corrente elétrica, potencial elétrico e disposição geométrica dos eletrodos no terreno permitem calcular a resistividade real ou aparente em subsuperfície.

O parâmetro resistividade é o inverso da condutividade elétrica, e pode ser considerado como a resistência dos materiais em conduzir a corrente elétrica. A resistividade de  solos e rochas é  afetada principalmente por quatro fatores:

• composição mineralógica;
• porosidade;
• teor em água;
• quantidade e natureza dos sais dissolvidos.

Dentre esses fatores, os mais importantes são, sem dúvida, a quantidade de água contida e a salinidade dessa água. O aumento do valor desses fatores, teor de umidade e quantidade de sais dissolvidos, leva a uma diminuição dos valores de resistividade. Essa condição é que permite a imensa possibilidade de aplicação do método em estudos ambientais e hidrogeólogicos, pois normalmente as substâncias contaminantes geram líquidos com alta concentração em sais.

O método da eletrorresistividade, através das técnicas de sondagem elétrica e caminhamento elétrico, é um dos mais utilizados em estudos ambientais,  podendo fornecer informações sobre o perfil natural do solo, profundidade do substrato rochosos e zona saturada, detecção e mapeamento de contaminação.

Método Eletromagnético Indutivo

Os métodos eletromagnéticos envolvem a propagação de campos eletromagnéticos de baixa frequência e baseiam-se nos fenômenos físicos de eletricidade e magnetismo. Quando uma corrente elétrica passa por uma bobina, é gerado um campo magnético nas vizinhanças dessa bobina. A corrente AC fluindo na bobina cria um campo eletromagnético primário nas proximidades da bobina, que causa o fluxo de correntes secundárias em qualquer condutor presente. As correntes secundárias, ao fluírem pelo condutor criam um novo campo, o campo magnético secundário, que traz consigo informações sobre o condutor. Esse processo é conhecido como indução eletromagnética.

Os equipamentos no método eletromagnético indutivo podem ser denominados genericamente de condutivímetros. O condutivímetro é composto de duas bobinas (emissão e recepção). A bobina transmissora emite um campo magnético primário, que induz, em subsuperfície, correntes elétricas, que geram um campo secundário, como visto anteriormente. A combinação destes dois campos é medida pela receptora, e o equipamento é construído de forma a fornecer a leitura direta da condutividade.

Os dados de condutividade podem ser plotados em perfis, em função da distância, e um conjunto de perfis permite a confecção de mapas de condutividade aparente, que em casos de áreas contaminadas possibilitam a localização e mapeamento da extensão da pluma.  Informações sobre a presença de zonas de fratura e fluxo de águas subterrâneas também podem ser obtidas com o método.

Radar de Penetração no Solo (GPR)

A técnica de radar de penetração no solo (Ground penetrating radar – GPR) ou georadar oferece uma nova forma de investigação de condições geológicas e geotécnicas rasas. O radar produz uma onda eletromagnética de alta frequência (10-1000 MHz) que é transmitido ao solo, onde a propagação do sinal depende das propriedades elétricas dos materiais existentes. Mudanças das propriedades elétricas do meio geológico fazem com que parte do sinal transmitido seja refletido. O sinal refletido é detectado por um receptor onde é amplificado, digitalizado e armazenado, para ser processado e transformado em registro (radargrama). O GPR oferece a possibilidade de mapeamento com alta resolução de feições e estruturas geológicas.

Em estudos ambientais o GPR tem sido aplicado no mapeamento detalhado de estruturas, topografia do topo rochoso  e profundidade do nível d’água, e no mapeamento de plumas contaminantes. Uma outra possibilidade de utilização do método é na detecção e avaliação das condições de recipientes enterrados com substâncias perigosas, bem como para avaliar  tubulações enterradas. Essa linha mostra grandes perspectivas para a indústria petrolífera, onde as condições gerais de obras enterradas como oleodutos, gasodutos e tanques podem vir a ser avaliados e monitorados através do GPR.

Métodos Sísmicos

Os métodos sísmicos utilizam a propagação de ondas elásticas (geradas artificialmente na superfície) através do meio investigado, com base no fato de que as velocidades de propagação dessas ondas variam em função das propriedades elásticas de solos e rochas. Em interfaces onde a densidade ou velocidade sísmica sofrem mudanças, as ondas sísmicas sofrem os fenômenos de refração ou reflexão. Essas ondas, depois de percorrerem o meio geológico e sofrerem os fenômenos citados acima, são captadas em sensores denominados geofones, que enviam os sinais para serem transformados em registros sísmicos (sismogramas) nos sismógrafos. Pela análise do tempo de percurso das ondas entre o momento de sua geração (tiro sísmico) e o registro do sinal sísmico, podem ser calculadas a velocidade de onda dos meios investigados e as profundidades das interfaces (refratores ou refletores).

Embora sejam consagrados e amplamente utilizados com bons resultados em uma diversidade de estudos relacionados à Geologia de Engenharia, no caso de estudos ambientais, os métodos sísmicos normalmente têm ficado restritos ao mapeamento da topografia do topo rochoso e da estrutura de depósitos de resíduos. Devido aos grandes contrastes de densidade dos materiais presentes em um aterro sanitário (resíduos e cobertura são bastante porosos e pouco compactados; materiais geológicos da base são muito mais densos e compactos), utilização da sísmica uma permite uma boa definição das interfaces entre esses materiais.

Magnetometria

Mudanças locais no campo magnético terrestre resultam de variações no conteúdo mineral magnético de rochas próximas da superfície. No caso de estudos ambientais, o interesse não é por rochas, mas sim por restos de materiais ferrosos e tambores enterrados, que também causam anomalias magnéticas. Tambores enterrados com substâncias perigosas (inclusive radioativas) constituem um problema ambiental em países desenvolvidos. A existência de tambores enterrados com substâncias tóxicas pode ser detectada com ensaio magnético. Normalmente esses tambores são fabricados com materiais ferrosos, e uma vez que são enterrados a alguma profundidade (alguns poucos metros) agem como fonte de anomalia magnética.