Simulação física de processos gravitacionais subaquasos: uma aproximação para o entendimento da sedimentação marinha profunda

O tema turbiditos tem causado muita controvérsia nos últimos anos. A nosso ver, isto ocorre principalmente devido à diminuição das pesquisas sobre os mecanismos que envolvem a iniciação, o transporte e a deposição deste tipo de rocha. A proposta deste trabalho é avaliar o potencial da simulação física de correntes de turbidez em prever e explicar feições sedimentares em seus depósitos. Foi escolhido como protótipo um sistema turbidítico antigo situado na margem oriental brasileira. A geometria complexa do protótipo foi simplificada para construção do modelo nas instalações do Pavilhão Fluvial do Instituto de Pesquisas Hidráulicas. Foram desenvolvidos doze ensaios onde as observações realizadas sofisticaram-se a partir dos conhecimentos adquiridos nas etapas anteriores. Como resultado dos experimentos identificaram-se novos aspectos geométricos e dinâmicos das correntes de densidade não-conservativas e suas conseqüências na sedimentação. Constatou-se um caráter ondulatório no fluxo, que teve sua origem associada à geração de ondas internas às correntes associadas ao desprendimento de vórtices a partir da cabeça da corrente e sua propagação ao longo da porção superior da corrente. Esta dinâmica implica mudanças na taxa de sedimentação ou mesmo erosão pela corrente, associadas a variações da amplitude e freqüência daquelas ondas. Na cabeça da corrente, verificou-se uma distribuição homogênea de sedimento em suspensão desde a base até o topo da corrente. No corpo ela se divide em duas camadas, uma basal com maior concentração de sedimentos e outra, superior marcada pela expansão do fluxo. Nas quebras de declive do modelo, que ocorrem no meio do canal e no ponto em que a corrente perde o confinamento, foram observadas acelerações localizadas no fluxo. Dentre os parâmetros analisados nos experimentos, constatou-se que a vazão de alimentação tem grande influência nas características dos depósitos. De um modo geral, um aumento da vazão implica um deslocamento do pico deposicional no sentido da corrente e um aumento no conteúdo de frações mais grossas. Constatou-se, nos sedimentos depositados no canal, uma distribuição seqüenciada de formas de leito, que varia entre ripples de crista reta e ripples lingüóides. Reconheceu-se uma correlação entre a amplitude e o comprimento nestas formas de leito. Identificou-se em todos os casos em que houve o extravasamento da corrente a formação de ripples na lateral do canal com cristas lineares que indicam uma direção do fluxo próxima à que ocorre no canal. Foram desenvolvidos depósitos alongados no sentido do fluxo na área onde a corrente perde o confinamento. Observou-se uma grande similaridade entre os depósitos gerados nos experimentos e aqueles identificados em sistemas turbidíticos atuais e do registro geológico, tanto em afloramentos como em dados de subsuperfície.

Arenização e fitossociologia da vegetação de campo no município de São Francisco de Assis, RS

Com o objetivo de conhecer a composição florística, a fitossociologia e a dinâmica vegetacional em parcelas de campos limpos do sudoeste do RS, foi desenvolvido um estudo em uma área de campo nativo submetido a pastejo contínuo. A área de estudo está situada ao longo dos sedimentos de fundo de vale da encosta de um morro tabular, no município de São Francisco de Assis, RS. Nesta área foram delimitadas duas subáreas com diferentes características com relação ao processo de arenização: subárea 01, com arenização, e subárea 02, sem ocorrência do processo. Para a florística, as subáreas foram percorridas de fevereiro de 2004 a junho de 2005, quando foi coletado material em estágio reprodutivo. Foram listadas 77 espécies pertencentes a 22 famílias na subárea 01 e 86 espécies pertencentes a 24 famílias na subárea 02. Para a fitossociologia foram inventariadas 35 unidades amostrais permanentes, de 0,25 m², em cada subárea. Foi registrada a cobertura de todas as espécies vegetais vasculares, mantilho e solo exposto em setembro de 2004, janeiro e maio de 2005 nas duas subáreas. Nos três levantamentos da subárea 01, solo exposto, Paspalum stellatum H. & B. ex Fl. e P. nicorae Parodi, detiveram as maiores coberturas e, na subárea 02, foram solo exposto, P. nicorae e P. stellatum. Foi avaliada a cobertura das espécies, do solo exposto e mantilho, considerando o tempo e a distância da encosta como fatores de variação. A estes valores foi aplicada a análise de variância univariada com testes de aleatorização, através da Distância Euclidiana. Os resultados indicam uma redução progressiva da diversidade específica e da cobertura vegetal e aumento de solo exposto na subárea 01 ao considerar o fator tempo. Na subárea 02, o aumento da cobertura de solo exposto e a redução da cobertura vegetal ocorreram tanto ao considerar o fator tempo quanto à distância da encosta, porém com menor intensidade. A ocorrência de picos com precipitação elevada de janeiro de 2004 a junho de 2005, associada à chuvas torrenciais, seguidos de períodos com redução significativa na precipitação, influenciaram diretamente na alteração da cobertura vegetal e na ocorrência da arenização na subárea 01. Identifica-se, também, que na subárea 01 os baixos índices de matéria orgânica e argila, baixa capacidade de trocas catiônicas, baixo índice de saturação de bases, reduzida disponibilidade de P (fósforo), K (potássio) e Mg (magnésio) e alta saturação de Al (alumínio) influenciam as dinâmicas da cobertura vegetal. Essas características imprimem ao solo da subárea 01 maior tendência à lixiviação, um dos fatores determinantes para a ocorrência da arenização. O solo da subárea 02, ao contrário, apresenta características que favorecem o desenvolvimento da vegetação e contribuem para a maior estabilidade do sistema local.

Espectroscopia resolvida no tempo : caracterização de pulsos curtos, dinâmica molecular em líquidos, modelamento de luz incoerente

Nesta tese realizamos três trabalhos que envolvem diferentes aspectos da espectroscopia resolvida no tempo. No primeiro discutimos brevemente a teoria e as principais técnicas para a caracterização de pulsos curtos. Analisamos detalhamente uma destas técnicas e propusemos modi cações que possibilitaram o barateamento dos custos da montagem e, além disso, introduziram novas características que sanaram alguns problemas que a montagem original apresentava e que também possibilitaram uma melhor caracterização da própria técnica. Descrevemos cuidadosamente as condições que devem ser satisfeitas pela geometria dos feixes e pelos componentes da montagem para obter uma caracterização correta dos pulsos curtos. Também apresentamos o procedimento de calibração do sistema. Pulsos com diferentes tempos e funções de fase foram caracterizados e os resultados foram validados por testes de con abilidade da informação recuperada. O trabalho seguinte foi o estudo da dinâmica molecular em líquidos puros e em misturas através da técnica efeito Kerr óptico resolvido no tempo, que é uma técnica do tipo bombeio e prova não ressonante, usando um sistema laser Ti:Sa ra com pulsos de 170 fs, centrados em 800 nm. As moléculas estudadas foram o dissulfeto de carbono (CS2), benzeno (C6H6), alilbenzeno (C9H10) e o poliestireno (PS). A teoria necessária para descrever os resultados medidos foi desenvolvida no regime temporal. O modelo de Debye para a relaxação difusiva da anisotropia orientacional descreve a componente de tempos longa, acima de um picosegundo. Partindo do Hamiltoniano de interação, desenvolvemos a teoria da função resposta linear, chegando a uma expressão para a relaxação da polarizabilidade anisotrópica, necessária para descrever os tempos curtos (subpicosegundos). Além disso, a passagem para o regime espectral utilizando somente dados experimentais, ou seja, sem a necessidade de levar em conta modelos especí cos, também foi discutida. Os resultados mostram que os tempos difusivos tanto nos líquidos puros quanto nas misturas seguem a equação de Debye-Stokes-Einstein que prevê um aumento deste tempo para viscosidades maiores. Os tempos curtos são analisados em termos da componente não difusiva da resposta espectral associada à dinâmica molecular. As alterações do espectro foram quanti cadas e a explicação para as mudanças observadas foi dada em termos das con gurações estruturais de interação que levam a uma alteração do potencial intermolecular dentro do qual as moléculas executam movimentos libracionais. Por último, investigamos a questão do modelamento de pulsos de luz incoerente. Para isto trabalhamos com um laser de corante banda larga sem elemento de seleção espectral intracavidade. A técnica utilizada foi o espalhamento forçado de luz ao qual foi acoplado um modelador composto por uma grade, uma lente e uma máscara que alterava a função de fase espectral relativa entre os feixes formadores da grade transiente na amostra de interesse. Realizamos uma análise detalhada desta montagem e obtivemos expressões para ajustar os dados medidos. Os resultados mostram que a função de correlação pode ser alterada de forma especí ca através da escolha de determinadas funções de fase espectrais.

Utilização do método de Monte Carlo na resolução de problemas de transferência de calor por radiação em cavidades que contém meio participante

Um estudo foi realizado com a finalidade principal de investigar de que maneira a teoria de transferência de calor por radiação em meios participantes pode ser melhor aplicada na resolução de problemas de troca de energia no interior de cavidades que se assemelhem a fornalhas industriais. Verificou-se que as superfícies internas da maioria das fornalhas podem ser consideradas cinzentas e difusoras, o que facilita a aplicação de modelos de soma ponderada de gases cinzas. Sendo assim, as maiores dificuldades aparecem quando a geometria da cavidade é complexa. Com o método de Monte Carlo, é possível resolver problemas com características geométricas bastante complexas, bem como considerar efeitos espectrais e direcionais, quando necessário. Este método foi, então, aplicado, em conjunto com o método da zona, na elaboração de três códigos computacionais, que são capazes de determinar áreas de troca totais em cavidades onde as paredes e o gás são cinzas. Um deles pode ser aplicado a cavidades paralelepipédicas; outro, a cilíndricas. Tanto no primeiro, quanto no segundo, as dimensões podem assumir qualquer valor. Com o terceiro código computacional, é possível obter-se áreas de troca totais entre zonas de cavidades que têm geometria genérica formada a partir de combinações de cubos. Resultados obtidos através dos três códigos computacionais foram comparados com outros disponíveis na literatura.

Estruturação de derrames e interações lava-sedimento na porção central da província basáltica continental do Paraná

A Província Basáltica Continental do Paraná (PBCP) ocupa uma área de cerca 1,2 x 106 km2 na América do Sul e tem sua origem vinculada a fragmentação do Gondwana e a abertura do Oceano Atlântico Sul durante o Cretáceo Inferior. Estudos enfocando a morfologia e origem das estruturas nos basaltos na PBCP, realizados na porção oeste do estado do Paraná, determinaram a identificação de derrames do tipo pahoehoe e ‘a‘a , com o predomínio de pahoehoe simples e compostos. Em alguns locais constatou-se o processo de interação entre lavas e sedimentos e a ocorrência de peperitos fluidais. Na área estudada verificou-se que os derrames pahoehoe compostos são formados por lobos do tipo P (pipe) e do tipo S (spongy), com o predomínio dos primeiros. A predominância de lobos do tipo P pode ser relacionada com o rompimento e geração de pequenos lobos na porção distal de espessos derrames inflados. As características destes lobos indicam um longo tempo de residência das lavas, em um sistema de distribuição antes da extrusão. As feições de superfície originadas em derrames pahoehoe e ‘a‘a estão bem preservadas e são de fácil reconhecimento. Os derrames possuem extensão lateral de até 50 km e podem ser divididos em três porções em relação ao conduto: proximal, mediana e distal. Na porção proximal os derrames pahoehoe são espessos (40-70 m) e possuem a crosta superior e o núcleo maciço bem delimitado. Na porção mediana predominam derrames pahoehoe simples com espessura entre 20 e 30 m, localmente ocorrem derrames compostos. Na porção distal predominam derrames compostos de até 5 m de espessura, formados por lobos. A geração de derrames tipo pahoehoe inflados sugerem baixas taxas de erupção na geração dos basaltos do oeste do Paraná. Estimativas baseadas na espessura da crosta superior indicam um período de 33 meses para a geração de fluxos inflados com 25 m de espessura total. Os peperitos foram gerados pela interação entre derrames e sedimentos úmidos, predominantemente silte e argila, depositados em um ambiente lacustre. A presença destes sedimentos indica uma mudança climática, que ocorreu entre a erupção da porção basal da PBCP, associada com ambiente desértico (Formação Botucatu) e a porção superior associada com ambiente lacustre. Nesta fase interrupções no vulcanismo possibilitaram a deposição de sedimentos em pequenos lagos estabelecidos sobre os derrames. A presença de sedimento vesiculado preenchendo vesículas e fraturas e a deformação de estruturas sedimentares indicam que a fração sedimentar estava inconsolidada ou pouco consolidada e úmida, quando da geração dos peperitos. As texturas presentes nos peperitos fluidais indicam que os principais fatores que influenciaram no mingling entre lava e sedimentos foram: 1- as propriedades da lava (baixa viscosidade), 2- a presença de sedimentos inconsolidados a pouco consolidados e úmidos e 3- um evento único na interação entre lava e sedimento. Neste ambiente os peperitos eram formados na base do derrame e processos posteriores, como a inflação do derrame e a extrusão de outros derrames, não causaram perturbações nos domínios de peperito gerados previamente. Os trabalhos realizados na porção oeste do Paraná indicam que os derrames da PBCP são dominantemente do tipo pahoehoe, tanto simples como compostos, associados com fluxos inflados. Estas evidências contrariam a estruturação convencionalmente estabelecida para a Formação Serra Geral onde os derrames são espessos, maciços e com geometria tabular. Esta aparente organização pode ser também gerada pela amalgamação de sucessivos e simultâneos lobos de lavas.