Results of three surveys of electrical resistivity tomography in the st. Kliment ohridski calm-s site (livingston island, maritime antarctica) Resultados de três campanhas de tomografia de resistividade eléctrica no sítio calm-s, St



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RESULTS OF THREE SURVEYS OF ELECTRICAL RESISTIVITY TOMOGRAPHY IN THE ST. KLIMENT OHRIDSKI CALM-S SITE (LIVINGSTON ISLAND, MARITIME ANTARCTICA)

Resultados de três campanhas de tomografia de resistividade eléctrica no sítio CALM-S, St. Kliment Ohridski (Ilha Livingston, Antárctida Marítima)

António CORREIA(1), João ROCHA(1), Gonçalo VIEIRA(2), Miguel RAMOS(3)



(1)Centro de Geofísica de Évora, Universidade de Évora, Évora, Portugal, correia@uevora.pt. (2)Centro de Estudos Geográficos, Universidade de Lisboa, Lisboa, Portugal. (3)Departamento de Física y Matemáticas, Universidade de Alcalá, Alcalá, España.

Abstract


In 2009, 2012, and 2013 electrical resistivity tomographies (ERTs) were done in a CALM site near the Bulgarian Antarctic Base in Livingston Island (Maritime Antarctica) with the objective of identifying permafrost zonation as well as their time and space evolution. Electrical resistivity significantly increases when the ground is partially or totally frozen. For each ERT apparent electrical resistivities were mathematically inverted to obtain two-dimensional geoelectrical models. All models show high electrical resistivity values which correspond to patches of frozen ground; it is not possible to indicate, though, whether it is sporadic permafrost or seasonally frozen ground.

Keywords: Electrical resistivity tomography, permafrost, CALM-S site, Livingston Island, Maritime Antarctica.

Em 2009, 2012 e 2013 foram realizadas tomografias de resistividade elétrica (TRE) no sítio CALM junto à Base Antárctica Búlgara na Ilha Livingston (Antárctica Marítima) com o objectivo de identificar zonas com permafrost e a sua variação espacial e temporal. A resistividade eléctrica do solo aumenta substancialmente quando este está total ou parcialmente gelado. Para cada TRE as resistividades eléctricas aparentes foram convertidas em modelos geoelétricos a duas dimensões. Os modelos obtidos apresentam resistividades elétricas elevadas que devem corresponder a zonas de solo gelado; contudo, ainda não é possível dizer se essas zonas são permafrost esporádico ou solo que congela sazonalmente.



Palavras chave: Tomografía de resistividade eléctrica, permafrost, CALM-S, Ilha Livingston, Antárctida Marítima.

1. Introdução

No âmbito dos projectos PERMANTAR (Permafrost and Climate Change in the Maritime Antarctic) e PERMANTAR-2, foram realizados três perfis de tomografia de resistividade eléctrica em Janeiro e Fevereiro de 2009, que foram repetidos em Janeiro de 2012 e em Fevereiro de 2013, no quadro do projecto PERMACHANGE. Os perfis foram realizados no sítio CALM-S (Circumpolar Active Layer Monitoring-South) junto à Base Antárctica Búlgara de St. Kliment Ohridski, na Península de Hurd da Ilha Livingston (Antárctica Marítima). O projecto PERMANTAR constituiu uma contribuição de várias equipas de investigação para as actividades do Ano Polar Internacional no âmbito dos Core Projects ANTPAS (Antarctic and Sub-Antarctic Permafrost, Soils and Periglacial Environments) e TSP (Permafrost Observatory Project – Thermal State of Permafrost); os projectos PERMANTAR-2 e PERMACHANGE deram-lhe sequência alargando as áreas de actividade e objectivos de investigação. O objectivo principal das três campanhas de prospecção geoeléctrica foi o de tentar identificar e estimar a profundidade do permafrost no sítio CALM-S em instantes temporais diferentes. Os métodos geoeléctricos são particularmente bem adaptados para estudos da distribuição espacial do permafrost já que este apresenta resistividades eléctricas muito elevadas em comparação com as resistividades eléctricas das formações geológicas com água e a temperaturas acima de 0 ºC. As tomografias de resistividade eléctrica que foram realizadas tiveram orientações diferentes entrecruzando-se, aproximadamente, a meio (Figura 1).





Figure 1 – CALM-S site near the Bulgarian Antarctic Station St. Kliment Ohridski, in the Hurd Peninsula of

Livingston Island. The orientation of the two electrical resistivity tomographies is represented in yellow.



Figura 1 – Sítio CALM-S junto à Base Antárctica Búlgara St. Kliment Ohridski, na Península Hurd da Ilha

Livingston. A orientação dos dois perfis de tomografia eléctrica está representada a amarelo.



2. Método

Para cada tomografia, com uma configuração tipo Wenner, foram utilizados 40 eléctrodos com uma distância entre eléctrodos consecutivos de 2 m. Para medir a resistividade eléctrica aparente foi utilizado um resistivímetro ABEM SAS 300C. Os valores da resistividade eléctrica aparente (pseudo-secções de resistividade eléctrica aparente) foram convertidos em modelos bidimensionais de resistividade eléctrica (secções geoeléctricas) do solo por inversão matemática, através do software RES2DINV (Loke and Barker, 1995, 1996). Os modelos obtidos por inversão representam secções geoeléctricas com 70 m de comprimento e 13 m de profundidade (Figuras 2 e 3). Deve referir-se que os dados de resistividade eléctrica aparente medidos são de boa qualidade; na verdade, não foram detectadas correntes parasitas durante todo o trabalho de campo e os valores de resistividade eléctrica aparente medidos mostraram uma grande estabilidade apesar das várias repetições de leituras para controlo da qualidade dos dados.



3. Discusão dos resultados

Os vários modelos geoeléctricos obtidos e apresentados na Figura 2 e na Figura 3 indicam que há zonas ao longo dos três perfis tomográficos com valores de resistividade eléctrica que variam entre 102 e 104 Ω.m. Algumas zonas mais resistivas aparecem consistentemente nos três perfis realizados em anos diferentes. De acordo com os modelos obtidos, as zonas à superfície electricamente mais resistivas poderão ser interpretadas como bolsas de solo gelado. Apesar de o código de cores ser diferente para cada um dos modelos geoeléctricos, as cores avermelhadas correspondem a resistividades eléctricas mais elevadas e as cores azuladas correspondem a valores da resistividade eléctrica mais baixa. A maioria das resistividades eléctricas mais elevadas encontra-se próximo da superfície do solo; contudo, para o Perfil 8 (Figura 2), há uma anomalia de elevada resistividade eléctrica entre os 38 e os 50 m que parece estar enraizada no solo; esta zona deverá corresponder a rocha sã pouco fissurada ou fracturada.


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