Livro UnisulVirtual - Geociências

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Universidade do Sul de Santa Catarina

Palhoça

UnisulVirtual

2009

Geociências

Disciplina na modalidade a distância

2ª edição revista

Book 1.indb 1 09/09/03 10:20

Edição – Livro Didático

Professora ConteudistaSilene Rebelo

Design InstrucionalViviane Bastos

Assistente AcadêmicoEmilia Juliana Ferreira (2ª edição revista)

Projeto Gráfico e CapaEquipe UnisulVirtual

DiagramaçãoCristiano Neri Gonçalves RibeiroEdison Valim (2ª edição revista)

Revisão OrtográficaB2B

Ficha catalográfica elaborada pela Biblioteca Universitária da Unisul

551R23 Rebelo, Silene Geociências : livro didático / Silene Rebelo ; design instrucional Viviane Bastos ; [assistente acadêmico Emilia Juliana Ferreira]. – 2. ed. rev. – Palhoça : UnisulVirtual, 2009. 172 p. : il. ; 28 cm.

Inclui bibliografia.

1. Geociência. I. Bastos, Viviane. II. Ferreira, Emilia Juliana. III. Título.

Copyright © UnisulVirtual 2009

Nenhuma parte desta publicação pode ser reproduzida por qualquer meio sem a prévia autorização desta instituição.

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Apresentação . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7Palavras da professora . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9Plano de estudo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

Unidade 1 – Formação da Terra: minerais e rochas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15Unidade 2 – Intemperismo e formação do solo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41Unidade 3 – O ciclo hidrológico e sua ação geológica . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85Unidade 4 – Os processos modeladores da crosta e a ação antrópica . . 127 Para concluir o estudo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161Referências . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163Sobre a professora conteudista . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167Respontas e comentários das atividades de autoavaliação . . . . . . . . . . . . . 169

Sumário

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UNIDADE 1

Formação da Terra: minerais e rochas

Objetivos de aprendizagem

� Conhecer a origem e evolução da Terra.

� Compreender os processos que ocorreram para a sua formação até seu estágio atual.

� Conhecer como se formam as rochas.

� Identificar os diferentes tipos de rochas encontradas na natureza.

Seções de estudo

Veja, a seguir, as seções que compõem esta unidade de aprendizagem.

Seção 1 Como tudo começou: a formação da Terra.

Seção 2 Minerais e Rochas

1

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Geociências

Unidade 1

espécie humana atual, surge somente há cerca de 250 mil anos (Figura 1.4). Pode-se, concluir, a partir disso, que a participação humana na evolução do planeta Terra é bastante recente.

Espécie Datação Observações

Australopithecus afarensis

3Ma

Hominídeo bípede, de baixa estatura (cerca de 1.2m a 1.5m de altura), que viveu em África. É o segundo australopiteco mais velho achado. As mãos e os dentes eram semelhantes aos dos humanos modernos, mas o tamanho do cérebro não era muito maior que o dos chimpanzés. Também foram descobertas pegadas fósseis de A. afarensis.

Australopithecus africanus

3 a 2,5 Ma

Com um esqueleto robusto, A. africanus foi o primeiro hominídeo a ser descoberto, na África do Sul. Era semelhante ao A. afarensis.Juntamente com outras três espécies relatadas, A. robustus, A. aethiopicus e A. Boisei, provavelmente não pertenceram à linhagem Homo, tendo formado um tronco distinto que desapareceu há 1,5 milhões de anos.

Homo habilis

1,8 a 2,4 Ma

Aumento da capacidade craniana, que levou a que tenha sido o primeiro hominídeo a criar ferramentas de pedras. Possivelmente, também foram os pioneiros na comunicação através da fala, bem como no manuseamento do fogo. Surgiu e foi limitado à África Meridional e Oriental, e devido às formas anatómicas dos fósseis descobertos (nomeadamente o facto de possuírem braços longos) deduziu-se que estes passavam a maior parte do seu tempo em árvores (braquiação). Ainda assim, não apresentavam uma altura muito superior relativamente ao Australopithecus. Os seus fósseis foram encontrados na Garganta de Olduvai, na Tanzânia.

Homo Erectus

1.600.000 a 250.000 anos

Foi o primeiro hominídeo a ocupar vários continentes. Foram encontrados restos fósseis em Java, Indonésia, China, Europa e África. Usava ferramentas e manuseava o fogo, viviam em cavernas, caçavam em grupo e conseguiram sobreviver em ambientes frios. Homo erectus tinha aproximadamente o mesmo peso e altura dos humanos anatomicamente modernos.

Homo sapiens neanderthalensis

2.5 a 30.000 anos

Considerado uma subespécie ou espécie que apareceu em paralelo com o Homo sapiens. Possuía um crânio achatado e pesadas arcadas supraciliares. O corpo e a dimensão cerebral era maior que a do Homo sapiens. Viveu na África do Norte, na Europa e no Médio Oriente. Já trajavam roupa, habitavam em cavernas, usavam o fogo e enterravam os mortos (já deviam possuir algum tipo de religião). Existiu simultaneamente com o H. sapiens durante algum tempo, tendo desaparecido misteriosamente.

Homo sapiens sapiens

250.000 anos até a atualidade

Este é o ser humano anatomicamente moderno e a única espécie viva, remanescente do género Homo. Foi precedido pelo Homo sapiens arcaico, que possuía um cérebro menos desenvolvido. Tem um crânio alto, um cérebro maior comparativamente a todos os outros, apresentam arcadas supra-orbitárias mais ou menos marcadas e uma face plana.

Figura 1.4 – Tipos de Hominídeos.Fonte: Disponível em http://dba.fc.ul.pt/ant-bio/ta_2007/f1_11_hist_evo_do_homo_sapiens_com.pdf (adaptado)

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Até aqui, se pode conhecer e entender um pouco do que hoje se discute sobre a dinâmica externa de formação do planeta Terra.

A seguir, serão abordados as principais teorias e estudos de como ocorreram os processos internos de formação.

Teoria da Deriva Continental – Tectônica de Placas Até o início do século XX, se acreditava que a crosta terrestre, desde a sua formação, era contínua e que os continentes estivessem unidos e na mesma posição em que se encontram atualmente.

Foi o metereologista alemão, Alfred Wegener quem, em 1912, lançou a hipótese de que os continentes que conhecemos hoje haviam sido um único continente.

Figura 1.5 – Deriva dos Continentes. a. Posição atual dos continentes. b. Simulação dos continentes há 300 Ma.Fonte: Tassinari, 2003, p. 99 (adaptado).

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A partir dos anos 50 do século passado, estudos de magnetismo das rochas mostraram que os continentes mudaram de posição desde a sua formação ressuscitando a Teoria de Wegener.

Mas o que deu um grande impulso e a retomada dos estudos sobre a Deriva Continental foi a necessidade pelos militares, durante a Segunda Guerra Mundial, de conhecer os fundos oceânicos. Para a localização de submarinos durante a guerra, foram desenvolvidos sonares capazes de mapear com detalhes o assoalho oceânico, mostrando grandes cadeias de montanhas antes desconhecidas. Essas cadeias foram chamadas de dorsais médio-oceânicas, que seriam fendas na crosta, ladeadas por cadeias de montanhas com 2 a 3 km de altura, centenas de quilômetros de largura e cortadas por enormes fraturas transversais em locais de intensos tremores de terras.

Figura 1.6 – Distribuição geográfica das placas tectônicas. Os números representam as velocidades em cm/ano entre as placas, e as setas, os sentidos do movimento. Fonte: TASSINARI, 2003, p.102 (adaptado).

Hoje, sabemos que a crosta é formada por partes móveis chamadas de placas tectônicas. Essas placas têm espessura variável, sendo mais fina na porção oceânica, com espessuras em torno de 10 km e chegando a 80 km na porção continental.

Atualmente, existem sete placas tectônicas principais e várias placas menores. As principais são: Placa Africana; Placa da Antártida; Placa Euro-asiática; Placa Norte-americana; Placa Sul-americana; Placa do Pacífico e Placa Australiana (Figura 1.6).

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Geociências

Unidade 1

Dependendo da composição, as rochas podem ser classificadas em:

� ígneas ou magmáticas;

� metamórficas; e

� sedimentares (Figura 1.8).

METAMÓRFICARochas sob altastemperaturas epressões nasprofundezas dacrosta e no mantosuperior

SEDIMENTARIntemperismo eerosão das rochasexpostas nasuperfície

ÍGNEAFusão de rochas nacrosta quente eprofunda e nomanto superior

Recristalizaçãoem estado sólidode novos minerais

Cristalização(solidi�cação demagma ou lava)

Deposiçãosoterramentoe liti�cação

Tipo de rocha ematerial-fonte

Processo formadorde rocha Exemplo

Granito com cristalização grossa

Arenito acamado

Gnaisse

Figura 1.8 – Os três grandes grupos de rochas de acordo com o material de origem, seu processo formador e exemplos. Fonte: Press et al, 2006, p. 105 (adaptado).

Conheça, então, as características de cada tipo de rocha.As rochas ígneas são aquelas originadas a partir do resfriamento, solidificação e consolidação do magma terrestre, ou seja, do material rochoso fundido. Conforme ocorre tal resfriamento e consolidação, estas podem ser classificadas em:

� vulcânicas (ou extrusivas ou efusivas) – resultantes do contato do material magmático, oriundo de erupções vulcânicas, com a atmosfera e rápido resfriamento deste material. Este fenômeno é chamado vulcanismo; e

� plutônicas (ou intrusivas ou abissais) – resultante do resfriamento lento do magma no interior da crosta terrestre. Este fenômeno é chamado de intrusão magmática.

Rochas vulcânicas (ou extrusivas ou efusivas) - basalto e pedra-pome, cujo resfriamento dá-se na água.

Rochas plutônicas (ou intrusivas ou abissais) - granito e o diabásio.

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do material rochoso, ocasionando a fragmentação dos grãos minerais (Figura 2.1). Tal processo é chamando de Termoclastia (CHISTOFOLETTI, 1980).

Além do que, deve-se considerar que as rochas são compostas, em geral, por vários minerais, que irão apresentar coeficientes de dilatação térmica, ou seja, irão apresentar diferentes comportamentos às variações de temperatura. Tal diferença poderá provocar deslocamento relativo dos cristais, o que afetará a coesão dos grãos, gerando fraturas (TOLEDO; OLIVEIRA; MELFI, 2003).

Figura 2.1 – Representação esquemática do fraturamento da rocha em função da variação diária de temperatura. Fonte: http://www.esec-gouveia.rcts.pt/ficheiros/BG11_1.pdf (adaptado).

A variação na umidade da rocha associada à variação de temperatura, especialmente em zonas desérticas, também pode gerar o enfraquecimento e, consequente, fraturamento da rocha (TOLEDO; OLIVEIRA; MELFI, 2003).

Maciel Filho (1997, p. 42) ressalta que este processo não é mencionado com frequência na literatura geológica, contudo, “a experiência geotécnica brasileira com basaltos o inclui com um dos principais”.

A mudança de estado da água contida nas fissuras das rochas, do estado líquido ao estado sólido, gera, de acordo com Toledo et al. (2003), um aumento no volume de cerca de 9%. Tal aumento ocasiona um aumento na pressão interna da rocha que aumenta a rede de fraturas e, consequentemente, fragmenta ainda mais a rocha (Figura 2.2).

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Geociências

Unidade 2

chuva

juntas gelo

Figura 2.2 - Fragmentação por ação do gelo. A água líquida ocupa as fissuras da rocha (a), sendo posteriormente congelado, expandindo e exercer pressão nas paredes (b).

Fonte: TOLEDO; OLIVEIRA; MELFI, 2003, p. 141 (adaptado).

Este processo é chamado de Crioclastia (CHISTOFOLETTI, 1980) e segundo Maciel Filho (1997) não tem grande expressão no Brasil, mas em regiões de clima glacial ou subglacial.

O alto poder de solução exercido pela água possibilita que as águas de infiltrações que penetram nas fissuras, poros ou microporos das rochas contenham sais dissolvidos. Com a evaporação da água, estes sais podem cristalizar criando uma pressão lateral entre os grãos das rochas. Ocorre, então, um inchamento interno, gerando tensão de tração. Tal processo ocorre com maior frequência em regiões marinhas (Figura 2.3) (MACIEL FILHO, 1997). Este processo denomina-se, também, de Haloclastia (CHISTOFOLETTI, 1980).

Preia-mar

Baixa-mar

Cristais de halita

Cristais de halita

Figura 2.3 – Representação esquemática da haloclastia com cristais de halita (sal gema – NaCl).Fonte: Adaptado de: http://www.esec-gouveia.rcts.pt/ficheiros/BG11_1.pdf (adaptado).

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Bloom (1970 apud MACIEL FILHO, 1997) ressalta que em regiões onde ocorre poluição atmosférica com óxidos de enxofre (SOx), a qual gera a chuva ácida, potencializa a dissolução do cálcio das rochas originando sal de sulfato de cálcio (CaSO4. 6 H2O) que penetra nos poros das rochas e gera a Haloclastia.

Os sais que precipitam mais comumente por este tipo de intemperismo físico são os cloretos, os sulfatos e carbonatos, os quais são dissolvidos pela ação da chuva, que devido à presença do dióxido de carbônico (CO2), naturalmente presente na atmosfera, que acidifica a água da chuva e ajuda a solubilizar sais.

Outra forma de intemperismo físico ocorre quando um material rochoso confinado no interior da crosta é exposto, seja pela retirada do material subjacente, seja por processos geológicos que fazem com que este corpo rochoso ascenda à superfície da crosta (soerguimento). Isto ocasiona liberação das tensões ali existentes o que permite que as rochas se expandam, pois, como bem coloca Maciel Filho (1997, p. 40), “todas as rochas são elásticas, isto é, diminuem de tamanho numa ou em todas as direções, quando comprimidas”. Este processo ocasiona fraturas paralelas à superfície chamadas de juntas de alívio (Figura 2.4).

Superfície

Vários quilômetros

Rocha Encaixante

Batólito

a

Soerguimento da região

Expansão

Erosão ErosãoJuntas de alívio

b

Figura 2.4 – Formação de juntas de alívio (b) em consequência da expansão do material rochoso pela liberação da pressão existente, devido à erosão do material subjacente. Fonte: TOLEDO; OLIVEIRA; MELFI, 2003, p. 142 (adaptado).

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Geociências

Unidade 2

nítrico e o sulfúrico (HNO3 e H2SO4), que podem intensificar o intemperismo químico (PRESS, 2006).

Segundo Toledo et al. (2003), quando o pH da água é superior a 5, as principais reações que geram o intemperismo químico são a hidratação, dissolução, hidrólise e oxidação. Caso o pH seja inferior a 5, ocorrerá acidólise no lugar da hidrólise.

A partir destas reações, os constituintes mais solúveis das rochas são transportados, permanecendo, somente, os minerais primários residuais, ou seja, aqueles que não foram alterados. Os constituintes solubilizados no perfil irão reagir entre si e poderão formar minerais secundários, ou seja, minerais formados a partir da alteração intempérica.

A hidratação é a adição de moléculas de água ao mineral, ou seja, não ocorre mudança na estrutura química dos compostos, mas pode ocorrer a formação de novos compostos.

Hidratação - CaSO4 + H2O CaSO4. 2H2O

(anidrita) (gipsita)

Esta reação ocorre devido à “atração dos dipolos das moléculas de água e as cargas elétricas não neutralizadas das superfícies dos grãos” (Figura 2.5). (TOLEDO; OLIVEIRA; MELFI, 2003, p. 145).

Figura 2.5 – Esquema da atração dos dipolos das moléculas pelas cargas elétricas insaturadas dos grãos minerais, devido à morfologia da água.


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Geociências

Unidade 2

Figura 2.9 - Influência do relevo na intensidade do intemperismo. A – Boa infiltração e boa drenagem favorecem o intemperismo químico. B – Boa infiltração e má drenagem desfavorecem o intemperismo químico. C – Má infiltração e má drenagem desfavorecem o intemperismo químico e favorecem a erosão.

Fonte: Adaptado de TOLEDO; OLIVEIRA; MELFI, 2003, p. 155 (adaptado).

Em relevos com encostas íngremes (Figura 2.9 - C) não há possibilidade da alteração se aprofundar, pois as águas escoam superficial e rapidamente, não permanecendo em contato com o material rochoso, tempo suficiente para que as reações químicas aconteçam.

Por fim, em regiões de baixadas (Figura 2.9 - B) ocorre a permanência muito grande da água em contato com a rocha, concentrando os compostos solúveis, que não são lixiviados devido à ausência de declive e que inviabiliza as reações químicas de ataque aos minerais rochosos. Ocorre, então, o processo de bissialitização e não há aprofundamento do perfil (TOLEDO; OLIVEIRA; MELFI, 2003).

Solos e Organismos

O solo, na maioria das vezes, é considerado um produto do intemperismo, contudo, sob a perspectiva dos fatores que influenciam o intemperismo “sua presença ou ausência pode afetar o intemperismo químico e físico dos materiais” (PRESS, 2006, p. 173).

O processo de formação do solo necessita, por um lado, do material da rocha intemperizado, entretanto, quando este se forma passa a ser um agente geológico que intensifica a alteração intempérica. Por isso, considera-se a formação do solo

A próxima seção vai abordar sobre a formação do solo.

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de intemperização das rochas. Estes preferem denominar o perfil de alteração como regolito. Para um engenheiro civil o solo é base de sustentação das obras.

Assim, de acordo com a Norma Técnica – NBR 6205 (ABNT, 1995), solo é o “material proveniente da decomposição das rochas pela ação de agentes físicos ou químicos, podendo ter ou não ter matéria orgânica”. Tal definição é mais utilizada nas atividades ligadas à engenharia e mineração.

Contudo, de acordo com a Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária (EMBRAPA), responsável pelo Sistema Brasileiro de Classificação do Solo (SiBCS), solo:

é uma coleção de corpos naturais, constituídos por partes sólidas líquidas e gasosas, tridimensionais, dinâmicos, formados por materiais minerais e orgânicos, que ocupam a maior parte do manto superficial das extensões continentais do planeta, contém matéria orgânica viva e podem ser vegetados na natureza, onde ocorrem (EMBRAPA, 1999, p. 5).

Este é caracterizado por seções paralelas denominadas de horizontes ou camadas, distintas do material original, devido a processos de adição, perda, translocação e transformação da sua matéria e energia constituintes. Apresenta como limite superior a atmosfera ou a água, quando submerso. Os limites laterais podem ser outros tipos de solo, a rocha ou fragmentos de rocha, aterros e água. O limite inferior é a rocha.

Tal perfil se estrutura de forma vertical a partir da base, ou seja, da rocha inalterada (fresca), conforme mostra a Figura 2.10.

Os horizontes são classificados de acordo com suas características químicas (riqueza em matéria orgânica e/ou mineral), físicas (textura, cor, porosidade).

Um perfil de solo bem desenvolvido possui, no mínimo, quatro horizontes, que poderão ser subdivididos e convencionalmente identificados pelas letras O, A, E, B, C, e R. O solum compreende os horizontes de material totalmente inconsolidado, ou seja, sem vestígios visíveis do material rochoso. O saprolito

Figura 2.10 – Esquema de perfil de alteração ou perfil do solo.


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PORO

S

SÓLID

OS

Figura 2.11 – Composição volumétrica típica de um solo.

Fonte: LEPSCH, 1976 (adaptado).

A partir dos estudos desenvolvidos pela Pedologia, sabe-se hoje que o solo não é apenas um manto de fragmentos de rocha e produtos de alteração, refletindo unicamente a composição da rocha que lhe deu origem. Isto foi constatado devido à existência de solos diferentes desenvolvidos a partir de uma mesma rocha de origem. Por isso, hoje tem-se uma concepção sobre o que é o solo mais genética, ou seja, o solo é identificado como um material que evolui no tempo, sob a ação dos fatores naturais ativos na superfície terrestre, os fatores formadores do solo.

Fatores que determinam a formação do soloOs solos diferenciam-se devido à ação de seus fatores de formação. Tais fatores são elementos que determinam as transformações nos materiais minerais e orgânicos que ocorrem durante o processo de formação de solos.

Os principais fatores de formação de solos são:

� Material de origem; � Relevo; � Clima; � Organismos, e � Tempo.

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A Organização para a Cooperação e Desenvolvimento Econômico (OCDE), uma organização internacional de 30 países comprometidos com os princípios da democracia representativa e da economia de livre mercado, em um documento lançado em 2008, estima que cerca de 3,9 bilhões de pessoas no mundo poderão não ter acesso à água potável até 2030, isto representará 47% da população mundial na época. Tais projeções remetem principalmente à população dos países mais pobres, mas cerca “2,2 bilhões destas pessoas estarão distribuídas pelos países emergentes como Brasil, Rússia, Índia e China” (SANTOS, 2008, p. 6).

Atualmente, de cada cinco pessoas, principalmente residentes em países em desenvolvimento, ou seja, cerca de 1,1 milhões de pessoas no total, não tem acesso à água potável, isto representa cerca de 18% da população mundial. Contudo, este problema não restringe somente aos países mais pobres como pode ser visto na figura 3.4 (PNUD, 2006).

Figura 3.4 - Pessoas sem acesso a uma fonte de água melhorada em 2004 (a) percentual e b) milhões).

Fonte: Adaptado de UNICEF 2006a apud PNUD, 2006, p. 33.

ÁfricaSubsariana

314,0

ÁsiaOriental

e Pací�co406,2

Ásia do Sul228,8

PaísesÁrabes

37,7

América Latinae Caraíbas

49,4

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Geociências

Unidade 3

abundante no planeta, mas mal distribuída espacialmente como nos diferentes tipos de reservatórios.

A seguir, você vai estudar como ocorre o processo de ciclagem natural deste elemento vital, depois os principais locais de armazenamento na crosta e como o processo de ciclagem e de armazenamento interferem na formação da crosta terrestre.

Seção 2 – O ciclo hidrológico

A água pode ser considerada um recurso natural renovável porque se recicla rapidamente em um nível constante. Dentro deste contexto, o ciclo da água, ou ciclo hidrológico, pode ser comparado a uma grande máquina de reciclagem da água, pois, ao longo deste ciclo ocorrem processos de transferência entre os diferentes reservatórios de água (oceanos, rios, atmosfera, solo, etc.), armazenamento e transformações deste elemento nos três estados que pode ser encontrado no ambiente, ou seja, sólido, líquido e gasoso.

Assim, pode-se definir o ciclo hidrológico como sequência fechada de fenômenos e processos pelos quais a água passa da superfície terrestre para a atmosfera, na fase de vapor, e regressa àquela, nas fases líquida e sólida (Figura 3.8).

Figura 3.8 – Ciclo hidrológicoFonte: KARMANN, 2003, p. 115.

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Geociências

Unidade 3

Q3

Q2

Q1

Linígrafo

Régua Seção no exutórioq3

q2

q1

dren

agem

exutório

Divisortopográ�co

Curva chave

Q3Q2Q1

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q1Nív

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o rio

(m)

Vazão

J F M A M J J A S O N DTempo

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(m)

Registro do linígrafo

Tempo

Vazã

o m

/s

Hidrograma

3

Escoamento direto

= escoamento total (Q)+

Fluxo basal

Bacia hidrográ�ca

Figura 3.11 – Elementos de uma bacia hidrográfica necessários para a obtenção do hidrograma. O fluxo basal no hidrograma representa a contribuição da água subterrânea na água do rio e o escoamento direto corresponde ao escoamento superficial proveniente da água meteórica.

Fonte: KARMANN, 2003, p. 117.

Os estudos baseados na construção de hidrograma são úteis para a determinação do potencial de uso e do manejo correto da água nas diferentes bacias hidrográficas. Pode-se determinar se uma bacia tem potencial hidroelétrico ou para abastecimento de água, por exemplo.

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