Este trabalho envolve o estudo dos processos de desgaseificação difusa de CO2 que ocorrem no Vulcão das Furnas, ilha de S. Miguel, Açores, com base na análise das séries temporais registadas em estações permanentes de fluxo de CO2 e no estudo de dados espaciais obtidos através de várias campanhas de amostragem nos solos.
O Vulcão das Furnas é um dos três vulcões centrais activos existentes na ilha e a sua actividade actual é caracterizada por vários fenómenos de desgaseificação, incluindo campos fumarólicos, nascentes de água termal e gasocarbónica e áreas de desgaseificação difusa.
Desde Outubro de 2001 que o sistema de monitorização sismovulcânica do Vulcão das Furnas integra uma rede permanente para a quantificação do fluxo de CO2 no solo. As duas estações automáticas instaladas efectuam medições pelo método da câmara de acumulação e, uma vez que o fluxo de gás pode ser influenciado por factores externos, estão equipadas com sensores meteorológicos para a medição da pressão atmosférica, temperatura do ar, humidade relativa do ar, pluviosidade, velocidade e direcção do vento, temperatura e humidade no solo. As séries de dados obtidas ao longo do período em estudo apresentam variações significativas de curto e longo prazo.
No presente trabalho avalia-se a influência das referidas variáveis externas no fluxo de CO2, com recurso a metodologias estatísticas, nomeadamente à aplicação de análise de regressão multivariada e de análise espectral.
A análise de regressão multivariada demonstra que as variáveis meteorológicas monitorizadas explicam entre ~ 40 e 51% das variações observadas no fluxo de CO2 no Vulcão das Furnas. As variáveis ambientais com significado estatístico (essencialmente a pressão barométrica, o teor de água no solo, a velocidade do vento e a pluviosidade) influenciam de forma diferente o fluxo de gás, dependendo do local de amostragem, e são as principais responsáveis por variações de curto prazo (horas, dias). As diferenças observadas na influência das variáveis ambientais podem prender-se com a porosidade, a conductividade hidraúlica dos solos, a topografia, a área de drenagem e a diferente exposição dos locais de amostragem às condições meteorológicas.
A aplicação da Transformada de Fourier às séries de fluxo de CO2 salienta a presença de ciclos diurnos e semidiurnos, os quais estão relacionados com os ciclos da temperatura do ar, da velocidade do vento, da humidade relativa do ar e da pressão atmosférica. Os efeitos sazonais são reconhecidos pelos elevados valores de fluxo de CO2 durante o período invernal relativamente ao período estival. Estas oscilações são potencialmente explicadas pela influência de variações de ordem meteorológica e/ou variações na altura do lençol freático.
Pelo exposto, considera-se fundamental reconhecer e remover a influência de variáveis ambientais no fluxo de gás antes das séries de fluxo de CO2 serem comparadas com dados provenientes da monitorização sísmica e/ou vulcânica. As séries de dados filtradas (resíduos) são usadas como as mais representativas dos fenómenos de profundidade.
Entre 2005 e 2009 realizaram-se no Vulcão das Furnas várias campanhas de amostragem do fluxo de CO2 no solo, totalizando 2886 pontos de análise. O fluxo de CO2 varia entre valores nulos e valores superiores a 25.000 g m-2 d-1, sugerindo a existência de diferentes origens (biogénica e vulcano-hidrotermal) para o CO2 libertado. A discriminação entre CO2 biogénico e hidrotermal é determinada através da integração de uma abordagem gráfica estatística e da composição isotópica do carbono presente no fluxo de CO2 (d13CCO2). Um valor aproximado de 25 g m-2 d-1 é sugerido como limite para as emissões de CO2 biogénico.
Com base na simulação Gaussiana sequencial (sGs) foram produzidos mapas de desgaseificação difusa de CO2 para a caldeira das Furnas e a freguesia da Ribeira Quente. Os mapas de fluxo de CO2 mostram que as estruturas de desgaseificação difusa (DDS) de CO2 identificadas estão essencialmente associadas aos principais campos fumarólicos, demonstrando que tal fenómeno constitui a expressão superficial do vapor que ascende do sistema hidrotermal. Os valores de fluxo de CO2 anómalos são essencialmente controlados por estruturas tectónicas com orientação WNW-ESE e NW-SE e pela geomorfologia do vulcão, como é o caso de várias DDS localizadas em áreas deprimidas associadas aos limites de crateras/caldeiras.
As emissões de CO2 hidrotermal do Vulcão das Furnas foram estimadas em aproximadamente 954 t d-1 de uma área de emissão com cerca de 5,2 km2. As diferentes redes definidas e as densidades de amostragem permitem avaliar a incerteza na estimação do fluxo de CO2 libertado, e demonstram que uma baixa densidade de pontos pode não ser adequada para quantificar as emanações de gás do solo, particularmente em DDS de pequena dimensão, como as presentes nos campos fumarólicos da freguesia e lagoa das Furnas.
A energia térmica libertada e associada aos processos de desgaseificação difusa na caldeira das Furnas encontra-se entre os 100 e 150 MW (área com ~ 4,8 km2). Este cálculo foi baseado na relação H2O/CO2 dos gases libertados nas fumarolas associada à quantidade de CO2 hidrotermal e no gradiente térmico do solo.
Tendo em vista estudar os processos que podem condicionar a presença de CO2 no ar interior de espaços fechados, foram realizadas medições da concentração de CO2 num abrigo com um fosso interior localizado junto ao campo fumarólico da freguesia das Furnas. Para tal, em Abril de 2008 foi ali instalada uma estação protótipo com detector de CO2 e sensores meteorológicos (humidade relativa do ar, temperatura do ar, pressão barométrica, velocidade e direcção do vento). A concentração de CO2 no ar interior atingiu valores de 19,6 %vol. ao nível do fosso e concentrações superiores a 10 %vol. ao nível do chão. A análise de regressão multivariada aplicada aos dados obtidos no interior do abrigo demonstrou que a pressão barométrica, o teor de água no solo e a velocidade do vento são as variáveis com significado estatístico para explicar cerca de 30% das variações na concentração de gás. A pressão barométrica é a variável com maior poder explicativo e a sua correlação negativa com o gás confirma a elevada concentração de CO2 no ar observada durante os períodos de condições meteorológicas adversas. Este trabalho demonstra que as condições meteorológicas podem, por si só, provocar um incremento de CO2 no ar interior e, consequentemente, potenciar o risco em termos de saúde pública.
As freguesias de Furnas e Ribeira Quente, localizadas respectivamente no interior da caldeira e no flanco S do vulcão, estão situadas sobre importantes estruturas de desgaseificação difusa, facto que resulta na existência de risco de exposição ao CO2 para pessoas e animais. Neste contexto, foram produzidos mapas de risco de exposição a concentrações anómalas de CO2 no ar integrando mapas de susceptibilidade e de vulnerabilidade. As classes de susceptibilidade de desgaseificação de CO2 foram definidas com base nos limites atribuídos ao fluxo de CO2 biogénico (25 g m-2 d-1) e ao valor de fluxo de CO2 seleccionado para definir as DDS (50 g m-2 d-1). Os critérios de vulnerabilidade para a exposição a concentrações anómalas de CO2 no ar basearam-se nas diferenças de exposição em ambientes interiores ou exteriores e em estruturas subterrâneas, como por exemplo caves, covas ou depressões confinadas. Os resultados obtidos demonstram que o risco de exposição a concentrações anómalas de CO2 no ar é elevado em 58% e 98% dos edifícios das freguesias das Furnas e Ribeira Quente, respectivamente. Estes valores confirmam a importância da elaboração de mapas de desgaseificação em regiões vulcânicas ou em outras áreas de desgaseificação, uma vez que o CO2 se pode introduzir facilmente nos edifícios com todos os perigos que daí podem advir em termos de saúde pública.