UNIVERSIDADE DE LISBOA FACULDADE DE CIÊNCIAS DEPARTAMENTO DE BIOLOGIA VEGETAL Sedimentary dynamics on insular shelves of volcanic ocean islands: Insights from two marine cores of Faial shelf, Azores Elisabete Valente Mestrado em Ciências do Mar Dissertação orientada por: Professor Doutor Mário Cachão e Doutor Rui Quartau 2020 Agradecimentos Gostaria de agradecer a todos os que me acompanharam e apoiaram no meu percurso. Assim, um muito obrigado a todos os professores do mestrado em Ciências do Mar, Prof. Dra. Ana Amorim, Prof. Dra. Ana Brito, Prof. Dr. Bernardo Duarte, Prof. Dra. Carla Kullberg, Prof. Dra. Carolina Sá, Prof. Dr. César Andrade, Prof. Dra. Cristina Oliveira, Prof. Dra. Fátima Sousa, Prof. Dr. Fernando Santos, Prof. Dr. Francisco Andrade, Prof. Dra. Isabel Ambar, Prof. Dra. Isabel Domingos, Prof. Dr. Joaquim Dias, Prof. Dra. Maria Caçador, Prof. Dra. Maria da Conceição Freitas, Prof. Dr. Ricardo Bettencourt da Silva, Prof. Dr. Ricardo Trigo, Prof. Dra. Vanda Brotas, com os quais aprendi muito ao longo do curso e me deram motivação para continuar a minha busca de conhecimento científico. Um grande abraço aos meus colegas, Teresa Saraiva, André Rocha, Beatriz Biguino, Dénnis Cruz, Giulia Sent, Jeanine Januário e Mara Gomes, que estiveram sempre disponíveis e cuja companhia me motivou a seguir em frente; desejo-vos toda a sorte do mundo nas vossas carreiras profissionais. Um especial agradecimento ao meu professor, orientador e diretor do curso Prof. Dr. Mário Cachão, que me deu um voto de confiança ao receber-me no mestrado, sem ele não estaria aqui hoje e agradeço muito pela oportunidade de frequentar o curso dos meus sonhos. Ao meu orientador Dr. Rui Quartau e Dra. Sandra Moreira, muito obrigado por terem tomado a responsabilidade de me orientar e por todo o tempo que despenderam para me ajudar. Ao IH e todo o pessoal, Dra. Aurora Bizarro, Dr. Joaquim Pombo, Dr. João Duarte, Dra. Cecília Luz, Sra Aida, Zhongwei Zhao, Sra Aida, Milton, Silas, Rita e Filipa Fernandes, os meus sinceros agradecimentos por me terem acolhido e ajudado, sem a vossa colaboração este trabalho não seria possível. Ao Prof. Dr. Pedro Silva, muito obrigado por me ter ensinado tudo o que sei sobre magnetismo ambiental. Muito obrigado ao Lee Gunn por ter apoiado os meus estudos e por toda a ajuda técnica e paciência em ouvir todas as apresentações dos meus trabalhos. Mais uma vez agradeço a todos pelo conhecimento transmitido, pela paciência e disponibilidade e pela dedicação ao vosso trabalho que me motivou a fazer mais e melhor. 1 Palavras-chave Ilha do Faial, Plataforma insular, Dinâmica sedimentar, Análise de core. Resumo As ilhas vulcânicas são geralmente rodeadas por zonas relativamente planas e de baixo declive designadas por plataformas insulares. Imediatamente após o fim da atividade vulcânica, a ação erosiva das ondas forma plataformas litorais (shore platforms). No entanto, nos casos em que a atividade vulcânica tenha cessado há dezenas de milhares de anos, o efeito das variações do nível do mar durante os períodos glaciares e interglaciares associa-se ao efeito erosivo das ondas formando plataformas insulares que se estendem desde a linha de costa até à profundidade correspondente ao último máximo glaciar (120/130 metros). Assim, existe uma relação quase direta entre a ação erosiva das ondas e a largura das plataformas. Consequentemente, as plataformas mais largas encontram-se normalmente adjacentes a linhas de costa mais antigas, tal como se verifica na ilha do Faial. As ilhas sendo circulares e estando num ambiente oceânico encontram-se expostas à ação erosiva das ondas. Destarte, a maioria dos sedimentos que se encontra na plataforma resulta da erosão das arribas. Existe igualmente produção de sedimentos, embora em menores percentagens, resultante da ação erosiva das linhas de água, de vulcanismo explosivo e da acumulação de conchas carbonatadas de organismos que vivem nas plataformas. Devido à elevada energia das ondas a que as ilhas dos Açores se encontram sujeitas, os sedimentos junto à costa (plataforma interna) são transportados para o largo (plataforma média a externa) durante eventos de tempestade, formando corpos sedimentares sigmóides de grande espessura (que por vezes atingem 50 metros). Os sedimentos nas plataformas das ilhas representam um papel importante do ponto de vista socioeconómico. Estes acomodam comunidades bentónicas neríticas que por sua vez alimentam recursos pesqueiros e ajudam a proteger da erosão costeira. Estes sedimentos são ainda uma importante fonte de agregados para fins de construção civil. Deste modo, o estudo de processos de deposição em plataformas insulares tem especial relevância. O presente trabalho pretende melhorar o conhecimento da dinâmica sedimentar em plataformas insulares de ilhas vulcânicas, usando como caso de estudo, a ilha do Faial. Com este intuito, dois cores colhidos em duas localizações distintas da plataforma (noroeste e sudeste) foram estudados. Devido à diferente posição geográfica, os cores encontram-se expostos a diferentes regimes de ondulação. O presente trabalho inclui a análise ao longo dos cores das propriedades físicas e magnéticas dos sedimentos, do tamanho dos grãos, do conteúdo em carbonato inorgânico, dos graus de rolamento dos grãos e identificação dos minerais e bioclastos mais frequentes. Os dois cores revelaram grandes diferenças entre eles nos vários parâmetros analisados. Assim, o core a noroeste (K20) é composto essencialmente por partículas de origem vulcânica e uma pequena percentagem de bioclastos (< 4 %). Os sedimentos do K20 possuem uma moda principal (de areia média e grosseira) constante ao longo do core, e uma moda secundária de cascalho (entre os 309.5 e os 49 cm de profundidade). Ambas as modas são compostas essencialmente por material volcanoclástico. O core a SE (K22), por outro lado, possui quase tantos bioclastos (29 – 49 %) como partículas de origem vulcânica e o tamanho médio do grão corresponde a areia fina a média. Neste core, os sedimentos também possuem uma tendência bimodal, com uma moda principal constituída por areia fina e cuja composição é partilhada por litoclastos e bioclastos. A moda secundária é constituída por areia muito grosseira e a sua composição é essencialmente bioclástica. Ambos os cores exibem principalmente partículas sub-angulosas, sendo ligeiramente mais angulosas no K22. Em termos de composição, ambos os cores são bastante homogéneos. Entre os volcanoclastos encontrados, os basaltos são os mais frequentes, seguidos por olivina e piroxena, que constituem os minerais pesados mais abundantes. 2 Muitos dos grãos observados revelam oxidação. Entre os bioclastos, as conchas de polychaeta (ditrupa) e bivalvia são as mais comuns no K20, enquanto que no K22 as conchas de briozoários são as mais abundantes. A densidade dos grãos é superior no K20 (1,96 – 2,74 g/cm3) relativamente ao K22 (1,83 – 2,09 g/cm3), tal como a suscetibilidade magnética (valores entre os 1336 e 9303 SI no K20 e entre 451 e 1599 SI no K22). Essa diferença está relacionada com uma maior quantidade de minerais e litoclastos de origem vulcânica (mais densos e magnéticos) no K20. O K22 exibe valores de velocidade das ondas primárias (PWV) mais elevados, o que sugere que seja menos poroso, provavelmente porque os grãos que o constituem são menores e rearranjam-se com mais facilidade, deixando menos espaços vazios. A anisotropia da suscetibilidade magnética analisada no K22 revela um elipsoide de forma oblata e uma foliação magnética sub-horizontal. Este padrão é típico de uma deposição contínua, sem perturbações consideráveis, tal como seria de esperar neste ambiente sedimentar. Os depósitos de transporte em massa são pouco prováveis numa plataforma insular devido ao baixo declive, com exceção daqueles derivados da queda de arribas. Os resultados obtidos sugerem que a principal fonte de sedimentos em ambos os cores é terrígena, nomeadamente de fontes subaéreas devido à frequente oxidação dos grãos. A angulosidade destes (a maioria é sub-angulosa) sugere ainda que sejam formados junto ao litoral, tenham um tempo de residência curto e sejam transportados por correntes dirigidas para o largo, para a plataforma média a externa, durante eventos de tempestade. O facto de os grãos do K20 serem mais grosseiros e possuírem poucos bioclastos pode ser explicado pela exposição da zona do core às ondas predominantes de noroeste e oeste, que são também as mais energéticas. Um maior hidrodinamismo leva os grãos de maior dimensão a serem transportados do litoral para esta zona onde acabam por se depositar, enquanto que os grãos mais finos continuam a ser transportados para o largo, perdendo-se no talude da ilha. Além disso, a moda secundária do K20 (constituída por grãos menos angulosos) poderá corresponder a sedimentos palimpsestos, que teriam sido depositados quando o nível do mar se encontrava mais baixo, i.e., durante o último máximo glacial. O K22 encontra-se numa zona da plataforma mais abrigada, logo os sedimentos são mais finos e os bioclastos mais abundantes. Um menor hidrodinamismo dificulta o transporte de sedimentos mais grosseiros para esta zona. Ademais, um ambiente calmo pode facilitar o estabelecimento de organismos calcificantes bentónicos e a deposição de conchas de organismos planctónicos, assim como previne o transporte de conchas (que são menos densas) para o talude da plataforma. Existem, no entanto, outros fatores que poderão influenciar a abundância de bioclastos, tais como a produtividade primária que por sua vez pode ser facilitada por um aumento de nutrientes ou da sua disponibilidade, que ocorre mais numas zonas da ilha que noutras. Um estudo anterior, com amostragem na plataforma à volta da ilha do Faial mostrou que os sedimentos em áreas menos expostas a hidrodinamismo possuem uma maior quantidade de bioclastos. Ao longo dos cores é possível inferir alterações dos níveis de hidrodinamismo, separados por horizontes em que se verifica uma variação brusca do tamanho do grão (com diminuições ou aumentos). Assim, em ambos os cores foi possível definir três intervalos cujas idades são desconhecidas devido à inexistência de datações.