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Um estudo sobre as falhas ativas no canal de moçambique, incluindo a determinação de seus parâmetros geométricos e a modelação de tsunamis potencialmente gerados. Os autores aplicaram dois modelos de correlação empírica entre parâmetros de ruptura e magnitude sísmica, estimando parâmetros como comprimento, largura, orientação e deslocamento cossísmico. O documento também discute a morfologia submarina do canal de moçambique e a evolução de falhas por eventos de ruptura sísmica.
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Tipologia: Notas de aula
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Departamento de Geologia
Alberto Fernando Manuel
(Dissertação) Mestrado em Geologia do Ambiente, Riscos Geológicos e Ordenamento do Território
Departamento de Geologia
Alberto Fernando Manuel
(Dissertação) Mestrado em Geologia do Ambiente, Riscos Geológicos e Ordenamento do Território
Orientação: Prof. Dr João Manuel Lopes Cardoso Cabral Prof.ª Drª Maria Ana Viana Baptista
2015
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Resumo A neotectónica de Moçambique está relacionada com o Sistema do Rifte do Leste Africano, que vários autores defendem ter uma extensão de 3000 km desde Afar no Norte até Moçambique no Sul. Em Moçambique manifesta-se em dois sectores: o sector ocidental, principal, que parte do Quénia atravessando a região dos grandes lagos até ao Lago Niassa, e prologando-se até à região Sul de Moçambique, e o sector oriental, secundário, que corresponde a um ramo do Rifte do Leste Africano que se prolonga desde o norte da Tanzânia até ao Oceano Índico, continuando-se, no sector submarino, pela estrutura Davie Ridge e bacias tectónicas associadas. Para compreender a actividade do sector oriental e avaliar a sua potencialidade tsunamigénica foram calculados os parâmetros das falhas correlativas no Canal de Moçambique, através de modelos de regressão de Wells & Coppersmith (1994) e de Manighetti et al (2006) considerando três regiões sismogénicas de acordo com a informação morfotectónica e a actividade sísmica regional (Davie Ridge , Eixo sísmico de Quathlamba e Mozambique Ridge ). Assumiu-se um comprimento máximo de ruptura de 100 km e determinou-se a Mw máxima espectável de 7,4. Desta magnitude foi determinado o deslocamento médio através do modelo de Wells & Coppersmith (1994). Este parâmetro foi igualmente calculado pelo modelo de Manighetti et al (2006) assumindo uma espessura da camada sismogénica de 35 km proposto por Chen e Yang, (2010). A utilização de dois modelos na determinação deste parâmetro visava encontrar a solução que apresentasse valores mais conservativos e para o presente caso foi o modelo de Manighetti et al com o deslocamento médio de 4,5 m. Com base nos resultados obtidos fez-se a modelação do tsunami para a Cidade da Beira e concluiu-se que, dos três cenários, o primeiro e o segundo é que podem gerar ondas capazes de atingir a linha de costa da cidade da Beira com uma altura máxima próxima de 0,5 m. O tempo de propagação da onda de tsunami desde a fonte até à cidade da Beira, no litoral moçambicano, é de 2 horas e 30 minutos para o tsunami gerado no Eixo Sísmico de Quathlamba e 3 horas para o gerado em Davie Ridge. PALAVRAS CHAVE Deslocamento médio, falha, ruptura, sismo, tsunami
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Abistract The neotectonics of Mozambique is dominated by the tectonic activity of the East African Rift system. Various authors refer that this fault system is 3000 km in length, from the Afar, in the north, to Mozambique, in the south. This fault system has two sectors. The main, western sector, extends from Kenya through the lakes region to Niassa Lake, and continues to the south of Mozambique. The eastern sector extends from north of Tanzania to the Indian Ocean, through the Mozambique Channel, along Davie Ridge. To understand the tectonic activity of the east sector and to evaluate the potential of tsunami generation by the active faults located in the Mozambique Channel, fault rupture parameters of these faults were calculated using Wells & Coppersmith (1994) and Manighetti et al (2006) empirical models. We considered three possible source areas in the Mozambique Channel according to morphotectonic and seismological information (Davie Ridge, Quathlamba Seismic Axis and Mozambique Ridge). A maximum fault length of 100 km was assumed, corresponding to a maximum earthquake of Mw 7. calculated by Wells & Coppersmith (1994) model. An average displacement of 4.5 m was also calculated by the Manighetti et al (2006) model, assuming a thickness of the seismogenic layer of 35 km as proposed by Chen and Yang (2010). The purpose of using two models to calculate this parameter aimed at finding the most conservative valueManighetti. Therefore we used the 4.5 m average fault displacement to model the tsunami to Beira City and we concluded that between the three source areas the first and the second can generate waves that can reach the coastline of Beira with a maximum wave height of approximately 0, 5 m. The propagation time of the tsunami wave from the source to Beira, in the Mozambique coast, is 2 hours and 30 minutes for the tunami generated in the Quathlamba Seismic Axis and 3 hours for that generated in Davie Ridge.
Average displacement, Faults, rupture, earthquake, tsunami
vi
,Figura 1: Representação de epicentros de sismos localizados no Canal de Moçambique, referentes ao período de 1915 a 2014. Os pontos vermelhos a laranja representam os hipocentros com profundidade de até 50 km, os de cor amarela caracterizam hipocentros com profundidade entre 50 a 200 km (Fonte: http://isc- mirror.iris.washington.edu/temp/pics/545938/eventmap .................................................. 6 Figura 2: Localização geográfica da cidade da Beira e do canal de Moçambique .......... Figura 3: Modelo de microplacas onde se representa a sua distribuição geográfica, ((NB
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Moçambique possui cerca de 2.700 km de linha de costa e uma população aproximada de 20,5 milhões de habitantes, mais de 60% dos quais vive na região costeira. Em muitas áreas esta região é constituída por planícies litorais, praias, estuários e mangais. Essas condições significam uma elevada vulnerabilidade das pessoas e paisagem para eventos naturais, nomeadamente inundações associadas a elevação do nível do mar por acção de ciclones tropicais ou tsunamis (Mavume & Bundrit, 2009, in Jongh, 2012).
Entre a costa moçambicana e a ilha de Madagáscar encontra-se o Canal de Moçambique, limitado a Norte e a Sul pelas latitudes 10º S e 25º S, respectivamente. A profundidade média é de cerca de 3.000 m, sendo menos profundo na zona mais estreita, à latitude de cerca de 16° S, e mais profundo à latitude de cerca de 25º. Estima-se que a sua geração se tenha iniciado há cerca de 180 milhões de anos (Ma), com a separação de Madagáscar do Gondwana. No extremo norte a actividade tectónica originou um alinhamento de relevos submarinos alongados ( Davie Ridge ). Esta crista submarina de direcção N-S encontra-se marginada a W pelas bacias cenozóicas de Quirimbas e Lacerda, limitadas por falhas normais (Mougenot et al., 1986). Segundo estes autores, o Canal de Moçambique apresenta assim falhas evidenciando actividade cenozóica, das quais algumas mantêm actividade até ao presente, testemunhada pela ocorrência de eventos sísmicos submarinos. O facto da tectónica regional ser do tipo extensivo, caracterizado por falhamento normal associado ao ramo leste do Rifte Africano (falhas normais), implica que as falhas submarinas presentes têm potencial para desencadear tsunamis. Face a esta situação, e considerando a perspectiva socioeconómica e de segurança da população moçambicana, é necessário avaliar o grau de perigosidade sísmica e dos fenómenos associados à actividade sísmica, em particular os tsunamis resultantes de eventuais rupturas superficiais submarinas.
Neste contexto, o presente trabalho avalia a perigosidade de tsunami para a Cidade da Beira. A primeira fase dessa avaliação consistiu na identificação das falhas sismogénicas com potencialidade de gerar tsunamis no caso de uma eventual ruptura superficial. Para identificar a expressão morfológica dessas falhas no fundo marinho do Canal de Moçambique analisou-se a correspondente morfologia submarina utilizando a carta
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batimétrica da GEBCO ( General Bathymetric Chart of the Oceans ; http://www.gebco.net/data_and_products /gridded_bathymetry_data). Recorreu-se também à Carta Tectónica de Moçambique (DNG, 2001), identificando-se assim os principais elementos morfotectónicos do Canal potencialmente correspondentes a falhas activas. Avaliaram-se seguidamente os principais parâmetros característicos destas falhas localizadas ao longo do Canal de Moçambique, enquanto elementos fundamentais para a determinação da magnitude de eventos sísmicos máximos expectáveis e para a modelação de tsunamis, aplicando dois modelos de correlação empírica entre parâmetros de ruptura nas falhas e magnitude sísmica, nomeadamente os modelos de Wells e Coppersmith (1994) e de Manighetti et al (2006).
A segunda fase correspondeu à modelação do tsunami potencialmente gerado pelas falhas activas previamente identificadas , visando prever as suas características e modo de propagação até a linha da costa (Meinig et al. , 2005; Titov & Gonzalez 1997, Titov et al ., 1999; Gonzalez et al ., 1995; Mofjeld et al ., 2000 e Zhang et al 2008). Incluiu três etapas, nomeadamente: geração, propagação e inundação. Para isso, utilizou-se a base de dados batimétricos do GEBCO ( General Bathymetric Chart of the Oceans ; http://www.gebco.net/data_and_products /gridded_bathymetry_data/). Foram considerados três cenários de geração de tsunami, todos ao longo do canal de Moçambique nomeadamente Davie Ridge, Mozambique Ridge , e o Eixo Sísmico de Quathlamba localizado ao longo da região central do Canal. Para o estudo da inundação foram utilizados os dados batimétricos de escala maior do Instituto Nacional de Hidrografia e Navegação de Moçambique (INAHINA).
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Identificar as falhas sismogénicas localizadas no Canal de Moçambique, passíveis de gerarem tsunamis , e caracterizar os seus parâmetros de ruptura sísmica; Modelar as ondas de tsunami geradas por ruptura nas falhas sismogénicas identificadas.
1.3 Questões Científicas
O desenvolvimento deste trabalho visa responder às seguintes questões:
1.4 Metodologia
1.4.1 Instrumentos e recolha de Dados
Porque um objectivo principal deste trabalho é estudar a perigosidade de tsunamis sobre a cidade Beira, foi fundamental conhecer a morfologia submarina do Canal de Moçambique procurando correlacioná-la com falhas submarinas aí presentes. A principal informação usada para o efeito foi a informação batimétrica da GEBCO ( General Bathymetric Chart of the Oceans ; http://www.gebco.net/data_and_products /gridded_bathymetry_data/) e o Mapa Tectónico de Moçambique na escala 1:2.000. (DNG, 2001). Na modelação do tsunami utilizou-se a base de dados batimétrica do Instituto Nacional de Hidrografia e Navegação (INAHINA) de Moçambique. Efectuou- se igualmente uma pesquisa bibliográfica, suporte fundamental para o desenvolvimento do trabalho.
1.4.2 Procedimentos
O estudo da perigosidade de tsunami é um processo cuja efectivação deve considerar vários cenários possíveis. Neste caso foram considerados os cenários de perigosidade mais críticos possíveis iniciando-se o estudo com a identificação das fontes capazes de gerar os tsunamis mais significativos. Para cada uma das fontes-falha seleccionadas foi
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avaliado o potencial sismogénico com base nos seus parâmetros geométricos e cinemáticos, estimado o seu potencial de ruptura superficial, e modelado o tsunami gerado e a sua propagação até à zona da costa da área em estudo.
Para este efeito, utilizou-se o software Surfer para elaborar um Modelo Digital de Terreno (MDT) a partir da informação batimétrica GEBCO (“grelha” de 1 minuto, GEBCO One Minute Grid ), com o objectivo de identificar os elementos morfotectónicos submarinos correspondentes à expressão superficial de falhas activas.
Assim, com base na informação anterior e em informação bibliográfica sobre a tectónica regional estimaram-se os parâmetros geométricos das falhas activas propostas (orientação, comprimento, largura em profundidade), e utilizaram-se modelos empíricos de correlação entre aqueles parâmetros e a magnitude do sismo máximo potencialmente gerado, e entre esta magnitude e o deslocamento cossísmico nas falhas, nomeadamente os modelos propostos por Wells & Coppersmith, (1994) e por Manighetti et al (2006).
Uma vez que o sistema de falhas activas do Canal de Moçambique é caracterizado por falhas normais, e porque não foi possível obter informação detalhada sobre as falhas desta região, assumiu-se um comprimento máximo de 100 km com base em informação bibliográfica disponível sobre este tipo de estruturas activas noutras regiões do Globo (Burbank e Anderson, 2001, McCalpin, 2009, entre outros), e uma largura em profundidade compreendida entre 15 km e 35 km, fundamentada nos estudos de Chen e Yang (2008, 2010) sobre as características da sismicidade do Sistema do Rifte do Leste Africano (SRLA) que indicam profundidades focais máximas compreendidas entre aqueles valores.
Na modelação do tsunami , o tempo de percurso das ondas foi obtido utilizando o princípio de Huygens que estabelece que todos os pontos pertencentes à mesma frente de onda são fontes secundárias. Com este método, considerou-se uma grelha batimétrica e uma fonte pontual para calcular o tempo de percurso para todos os pontos vizinhos da mesma. Os mapas dos cenários dos deslocamentos iniciais e o tempo de propagação foram produzidos através do software MIRONE, (Luís, 200 7 ). O posicionamento dos cenários baseou-se no alinhamento dos epicentros sísmicos apresentados no mapa de epicentros sísmicos do ICS (Figura 1).
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2.1 Enquadramento Geográfico da Cidade da Beira
A cidade da Beira está situada na baía de Sofala, na região central de Moçambique, entre os paralelos19º 30’ e 19º 52’ S e os meridianos 34º 30’ e 35º 10’W. É a segunda maior cidade de Moçambique e é a capital provincial de Sofala. Dista cerca de 1190 km da capital moçambicana, Maputo. Tem uma superfície total estimada em 633 km² e faz fronteira a Norte e Oeste com o Distrito de Dondo a Leste com o Oceano Índico e a Sul com o distrito do Búzi. É uma cidade localizada numa região pantanosa, junto ao estuário do rio Pungue, e sobre alinhamentos de dunas costeiras.
Este estudo centra-se no Canal de Moçambique, porção do Oceano Índico situada entre a costa da África Oriental e Madagáscar, entre as latitudes 10º e 26º S aproximadamente. Tem uma profundidade média de 3000 m, que aumenta de norte para sul chegando a atingir 4500 m, e uma largura máxima de 850 km (Figura2)
F igura 2 : Localização geográfica da cidade da Beira e do canal de Moçambique
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A cidade da Beira está assente sobre uma planície costeira desenvolvida em depósitos aluvionares fluviais correlativos do último evento de regressão marinha que teve lugar no Pleistocénico em toda a faixa costeira da África Oriental. Este evento permitiu que os rios Pungue e Búzi que desaguam num delta na área da cidade da Beira depositassem os sedimentos continentais transportados desde os afloramentos localizados a montante. Foi igualmente responsável pela formação das dunas costeiras, de extensas planícies de inundação e de lagoas ao longo da costa (Consultec, 2007). A este evento regressivo seguiu-se a transgressão associada à subida do nível do mar que decorreu desde o final do pleistocénico até à actualidade.
Deste modo, pode considerar-se que a geomorfologia da cidade da Beira está associada a erosão e sedimentação activa dos ambientes flúvio-marinhos e litorais, condições que proporcionam a susceptibilidade desta área aos processos morfodinâmicos, destacando- se para o efeito as áreas sob domínio sazonal das marés e as permanentemente inundadas.
O relevo característico da cidade da Beira é predominantemente de planície de litoral com uma altitude que varia de 6 a 20 m, com um declive médio suave, onde aflora uma alternância de depósitos argilosos e arenosos.
Ao longo da costa ocorre uma sucessão contínua de dunas, cordões e barras arenosas, sendo que na maioria das vezes estas formações estão intercaladas por depressões inundadas pelas marés (Consultec, 2007).
A região estuarina é caracterizada por um sistema deltaico dos rios Pungue e Búzi que compreende as planícies de mangal e a região costeira baixa e pantanosa que é grandemente influenciada pelas marés (Nzualo & Rosman, 2010).
A faixa costeira é susceptível a diversos tipos de erosão (eólica, fluvial e marinha), devido às condições climáticas, ausência da cobertura vegetal em alguns sectores, e ao exercício das actividades antrópicas.
Verificam-se evidências de erosão nas praias e destruição da vegetação nas dunas. O talude da praia próximo da foz do Pungue apresenta-se relativamente ingrime reflectindo a ocorrência de processos erosivos (Consultec, 2007).
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tonalíticas neo-arcáicas, numa extensão de 200 km ao longo da fronteira com o Zimbabwe.
O Pré-câmbrico superior em Moçambique corresponde ao Cinturão de Moçambique e está dividido em três províncias tectónicas:
Província de Moçambique, representada pelos grupos de Mecuburi e Muaguibe, e pelos complexos de Chire, Lúrio e Nampula, é dividida em duas regiões - a região do Noroeste, composta por granulitos e charnoquitos, e a região do Nordeste, composta por um complexo charnoquítico e granítico, mármores quartzíticos, xistos, gneisses e migmatitos (Schlüter, 2008); Província de Niassa, localizada na zona Oeste de Moçambique e a norte do Rio Zambeze, é composta por rochas dos grupos Meponda, Zambue, Luía, Tete, Angónia e Fingoe; as rochas características desta província tectónica são os quartzitos, micaxistos, gabros, anortositos, sienitos e doleritos; Província de Zambezi, que se estende entre o bordo oriental do Cinturão de Irumide e a região central do graben do Zambeze, sendo composta por xistos, quartzitos, migmatitos e gnaisses; compreende os grupos de Rushinga, Nhamatanda e Madzuire, assim como complexo de Barué.
O Fanerozóico é caracterizado por formações sedimentares e rochas ígneas extrusivas (escoadas lávicas) do Supergrupo do Karroo, disposto em bacias na região Sul e nas planícies costeiras recobrindo o substrato pré-câmbrico. Na parte inferior da sequência ocorrem os níveis carboníferos que constituem importante recurso mineral em Moçambique.
Estudos sobre a génese das bacias sedimentares da margem continental do Leste Africano em Moçambique sugerem que estas estão relacionadas com movimentos epirogénicos de levantamento e subsidência associados ao início do estiramento do continente Gondwana, que desencadeará a sua fragmentação, tendo resultado na abertura da parte Ocidental do oceano Índico. De acordo com Salman (1995), são identificadas nas bacias sedimentares do Leste Africano duas fases evolutivas:
Tardio-Gondwana, correspondente ao período entre 303 a 157 Ma - geram-se nesta fase bacias de subsidência, acompanhadas de actividade vulcânica, onde se
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instalaram as formações do Supergrupo do Karroo. Em Moçambique estendem- se desde a região Sul até à região central do território; Pós-Gondwana equivalente ao período entre 157 e 0 Ma - corresponde à fase activa da fragmentação do Gondwana em que ocorre a separação do bloco Este, compreendendo Madagáscar, a Índia, a Antártida e a Austrália, com criação de crosta oceânica e expansão do oceano Índico; em relação com esta fase geram-se bacias sedimentares e grabens que prefiguram o sistema de fracturas do Rifte do Leste Africano assim como a deposição marinha e continental de sedimentos.
2.4 Neotectónica regional
A neotectónica da região oriental da África é controlada pelo Sistema de Falhas do Rifte Este-Africano - SFREA ( East African Rift System – EARS ), caracterizado por um sistema de falhas de cinemática predominantemente normal, correspondendo a uma zona de fronteira de placas em evolução, que divide o continente africano em dois grandes blocos (Núbia e Somália). Estende-se desde o Golfo de Éden, a norte, até Moçambique, a sul. O seu desenvolvimento iniciou-se no Cretácico, prolongando-se até a actualidade (GTK, 2006). Estudos sísmicos e morfo-estruturais do Sistema de Falhas do Rifte do Leste Africano mostram que este se compõe de um ramo setentrional que atravessa a Etiópia na direcção NE-SW (Rifte da Etiópia), bifurcando-se a norte do Lago Vitória em dois outros ramos (ocidental e oriental), expressos por zonas de rifting , actividade vulcânica e actividade sísmica.
O ramo ocidental estende-se do Norte de Uganda até ao Sul de Moçambique. Integra uma sucessão de vales de rifte constituindo depressões tectónicas onde ocorrem os principais lagos da região, como os lagos Albert, Eduard, Tanganyika e Niassa. O ramo oriental, caracterizado pela abundância de actividade vulcânica no sector Norte, prolonga-se para S atravessando o Quénia pelo rifte do Quénia e a parte norte da Tanzânia. A continuação meridional deste ramo do SFREA está pouco estudada. No entanto, embora ainda não de forma conclusiva, existem autores que defendem o seu prolongamento para SE pela margem continental da Tanzânia, ligando-se à Zona de Fractura de Davie, no Oceano Índico, e estendendo-se para sul ao longo do Canal de Moçambique, correspondendo à fronteira leste da microplaca Rovuma (Mougenot et al., 1986; Midzi et al., 1999; Hartnady, 2002; Stamps et al., 2006, 2008; Yang & Chen, 2010, entre outros).
