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Searching for continental related sediment in Algarve continental shelf sedimentary record as a tool to identify tsunami deposits
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Abstract(s)
Records of earthquakes and associated tsunamis are particularly important in a tectonic active zone as it is Portugal, especially the Algarve coast. Studies of geological records allow assessing the information about undocumented tsunami events beyond a wider time frame than historical records. Most of the existing studies are focused especially on onshore deposits but in later years, offshore studies were developed, regarding their better preservation. In this scope, this work aims to add a new proxy to the results of the subtask WP2.2 of the ASTARTE project which the object was to characterize tsunami deposits at continental shelf sedimentary record off Quarteira-Faro coast. The objective of the present work is identify continental related sediments, that may likely to be transported by tsunami backwash. Detailed studies of the texture and sand mineralogical composition of the Algarve coastal zone and of some previously determined potential “high energy events" layers defined in the scope of the subtask WP2.2 in ASTARTE project (core MW107) were performed and compared. Two types of sand mineralogical compositions were identified in both studied layers and in coastal sites, in particular, those from Vale do Lobo and Forte Novo cliffs. They were named “iron-coated quartz”, and “orange clay aggregates”. Their presence in the ASTARTE defined layers coincides with the increased mean grain-size, molluscs, and the lower or absence of mica in these layers, which with other proxies data resulting from ASTARTE project (subtask WP2.2) support the related tsunami nature. Although only the topwards layer (Layer 4) coincides with the known 1755 Lisbon tsunami, the Layer 3 and Layer 1 might be potentially related to a high energy event. Future work should aim to study the sand mineralogical composition of the entire core to define the background sedimentation and confirm if the variations of continental related material from the local coastal areas are associated to high energy events. In addition, its also suggested to study more cores from the ASTARTE project (subtask WP2.2) for lateral correlation and it is further recommended to date above and below the layers of potential high energy events, to determine if the material was deposit immediately after the event or if it is the result of subsequent remobilization and transport in the inner shelf.
Os registos de terramotos e tsunamis são particularmente importantes numa zona tectónicamente activa como é Portugal, e particularmente no caso da costa algarvia. No entanto, estender esses registos para além de um período de tempo mais alargado do que os registos históricos, só é possível se se recorrer ao registo geológico. A maior parte dos estudos realizados têm sido em depósitos litorais, mas nos últimos anos foram estudados registos sedimentares da plataforma continental e de maiores profundidades atendendo à sua melhor preservação. A maioria dos estudos de depósitos tsunami estão concentrados em terra, especialmente devido à proximidade na recolha das amostras, embora seja mais susceptível de modificação (por exemplo, erosão, acção antrópica), comparado com uma melhor preservação e continuidade daqueles localizados no mar. A identificação de depósitos de tsunami é uma tarefa difícil, sendo que a melhor abordagem é a existência de um estudo multidisciplinar envolvendo vários tipos de análises, nomeadamente, sedimentológicas, geoquímicas, geofísicas e paleontológicas. A presente dissertação vem no seguimento do trabalho efetuado no projeto ASTARTE (subtarefa WP2.2) (2013-2015) cujo objetivo era precisamente a identificação e caracterização de eventos de tsunami com base no estudo do registo sedimentar da plataforma continental do sul de Portugal (Algarve). O estudo efetuado durante o projeto possibilitou a identificação de possíveis níveis compatíveis com eventos de alta energia para os quais é necessário efetuar um estudo mais detalhado. Esses níveis foram definidos no projeto ASTARTE através de assinaturas sedimentológicas, como a variação na distribuição do tamanho dos grãos; geoquímica (XRF) e por parâmetros magnéticos que sugeriram um regime de sedimentação de alta energia. Neste âmbito, este trabalho visa precisamente adicionar mais alguma informação há já existente, tendo por objeto de estudo, uma sondagem da plataforma continental amostrada ao largo da costa de Faro-Quarteira a uma profundidade de cerca de 57 m, numa zona de sedimentos finos. Nesta sondagem tinham sido definidos 4 níveis, que no presente trabalho foram nomeados da base para o topo como Layer 1, Layer 2, Layer 3 e Layer 4. De referir ainda que os níveis definidos foram estendidos em 5 cm para profundidades abaixo e acima, com o objetivo de se detetar alguma diferença entre o nível definido e o resto da sondagem (background). Esta extensão dos níveis definidos, está referida como 5 cm abaixo e 5 cm acima. Foi então realizado uma análise detalhada da textura e composição mineralógica da areia do troço costeiro localizado entre Faro e Armação da Pêra, com o objetivo de pesquisar a existência de um indicador terrígeno comum presente nos sedimentos desta zona e dos níveis referidos acima. Partiu-se do princípio que a existência deste indicador mineralógico na sondagem em estudo poderia estar relacionado com o transporte do continente para a plataforma por ondas de retorno de tsunamis. De uma maneira geral, os sedimentos da zona costeira estudada (arribas, dunas e praias) são constituídos maioritamente por sedimentos terrígenos, com a predominância de quartzo, quartzo com pátina de ferro e agregados de argila alaranjada. Com base nestes resultados, foram definidos como indicadores continentais, os componentes mineralógicos, nomeados como “quartzo com pátina de ferro” e “agregados alaranjados”, especialmente presentes nas arribas de Vale do Lobo e Forte Novo. Estes indicadores foram encontrados posteriormente na sondagem, nos níveis acima referidos principalmente nos níveis 1 e 3. O nível 1 apresentou o “quartzo com pátina de ferro” em diversas profundidades, enquanto o nível 3 apresentou “agregados alaranjados”, num menor número de profundidades porém com maior representatividade, até cerca de 24% da amostra total no nível a 32 cm. Se se adicionar estes resultados aos obtidos com os resultantes das análises efetuadas no projeto ASTARTE (subtarefa WP2.2), nomeadamente, o aumento da média granulométrica, o aumento de um input terrrígeno dado pela relação Fe/Ca, enriquecimento em moluscos e aumento da percentagem de mica no topo dos níveis definidos reforça a hipótese de se estar em presença de depósitos relacionados com eventos de alta energia. De acordo com as datações obtidas por AMS C14 parece haver uma clara relação entre o nível 4 e o tsunami de Lisboa de 1755, o que já foi colocado em evidência no trabalho de Kümmerer et al. (2020). Quanto aos níveis 1 e 3 acima referidos, estes estão datados de 4155 e 3348 e de 1461 e 806. Apesar de não existir registo histórico de tsunami nessas datas, o nível 1 foi datado num período similar a uma unidade possivelmente relacionada a um evento de alta energia desconhecido ao sudoeste de Portugal nos trabalhos de Reicherter et al., 2019, Bellanova et al., 2019 e Feist et al., 2020. Os resultados obtidos nessa dissertação suportam a hipótese que, dos 4 níveis definidos pela subtarefa WP2.2 no projeto ASTARTE, 3 poderão estar possívelmente associados a eventos de alta energia, sendo um deles compatível em idade com o tsunami de 1755. Os resultados mostraram ainda que, o estudo da composição mineralógica da areia das zonas costeiras, permitiu apoiar a hipótese da existência de um transporte de material do continente para a plataforma continental, o que juntamente com os dados resultantes do projeto ASTARTE (subtarefa WP2.2) apoia a ideia de se estar em presença de níveis relacionados com eventos de alta energia. No entanto, a identificação e caracterização de depósitos de tsunami “offshore” tem sempre inerente algumas incertezas, ao contrário de estudos “onshore”. Como sugestão, sugere-se que em futuros trabalhos, aquilo que se fez, que foi estender a análise mineralógica realizada 5 centímetros acima e abaixo, se estenda a toda a sondagem, para melhor confirmar se os aumentos verificados existem efetivamente e unicamente nos níveis observados ou se acontecem em mais níveis. Outra proposta, está relacionada com a importância de estudar mais sondagens da subtarefa WP2.2 do projeto ASTARTE, para observar se existe variação da composição mineralógica em diferentes profundidades e confirmar a existência de material transportado da zona costeira durante eventos de alta energia para a plataforma continental. Igualmente, sugere-se a realização de mais datações, nomeadamente dos níveis acima e abaixo dos níveis estudados, para assim compreender se o material foi depositado imediatamente após o transporte ou se é o resultado de remobilizações.
Os registos de terramotos e tsunamis são particularmente importantes numa zona tectónicamente activa como é Portugal, e particularmente no caso da costa algarvia. No entanto, estender esses registos para além de um período de tempo mais alargado do que os registos históricos, só é possível se se recorrer ao registo geológico. A maior parte dos estudos realizados têm sido em depósitos litorais, mas nos últimos anos foram estudados registos sedimentares da plataforma continental e de maiores profundidades atendendo à sua melhor preservação. A maioria dos estudos de depósitos tsunami estão concentrados em terra, especialmente devido à proximidade na recolha das amostras, embora seja mais susceptível de modificação (por exemplo, erosão, acção antrópica), comparado com uma melhor preservação e continuidade daqueles localizados no mar. A identificação de depósitos de tsunami é uma tarefa difícil, sendo que a melhor abordagem é a existência de um estudo multidisciplinar envolvendo vários tipos de análises, nomeadamente, sedimentológicas, geoquímicas, geofísicas e paleontológicas. A presente dissertação vem no seguimento do trabalho efetuado no projeto ASTARTE (subtarefa WP2.2) (2013-2015) cujo objetivo era precisamente a identificação e caracterização de eventos de tsunami com base no estudo do registo sedimentar da plataforma continental do sul de Portugal (Algarve). O estudo efetuado durante o projeto possibilitou a identificação de possíveis níveis compatíveis com eventos de alta energia para os quais é necessário efetuar um estudo mais detalhado. Esses níveis foram definidos no projeto ASTARTE através de assinaturas sedimentológicas, como a variação na distribuição do tamanho dos grãos; geoquímica (XRF) e por parâmetros magnéticos que sugeriram um regime de sedimentação de alta energia. Neste âmbito, este trabalho visa precisamente adicionar mais alguma informação há já existente, tendo por objeto de estudo, uma sondagem da plataforma continental amostrada ao largo da costa de Faro-Quarteira a uma profundidade de cerca de 57 m, numa zona de sedimentos finos. Nesta sondagem tinham sido definidos 4 níveis, que no presente trabalho foram nomeados da base para o topo como Layer 1, Layer 2, Layer 3 e Layer 4. De referir ainda que os níveis definidos foram estendidos em 5 cm para profundidades abaixo e acima, com o objetivo de se detetar alguma diferença entre o nível definido e o resto da sondagem (background). Esta extensão dos níveis definidos, está referida como 5 cm abaixo e 5 cm acima. Foi então realizado uma análise detalhada da textura e composição mineralógica da areia do troço costeiro localizado entre Faro e Armação da Pêra, com o objetivo de pesquisar a existência de um indicador terrígeno comum presente nos sedimentos desta zona e dos níveis referidos acima. Partiu-se do princípio que a existência deste indicador mineralógico na sondagem em estudo poderia estar relacionado com o transporte do continente para a plataforma por ondas de retorno de tsunamis. De uma maneira geral, os sedimentos da zona costeira estudada (arribas, dunas e praias) são constituídos maioritamente por sedimentos terrígenos, com a predominância de quartzo, quartzo com pátina de ferro e agregados de argila alaranjada. Com base nestes resultados, foram definidos como indicadores continentais, os componentes mineralógicos, nomeados como “quartzo com pátina de ferro” e “agregados alaranjados”, especialmente presentes nas arribas de Vale do Lobo e Forte Novo. Estes indicadores foram encontrados posteriormente na sondagem, nos níveis acima referidos principalmente nos níveis 1 e 3. O nível 1 apresentou o “quartzo com pátina de ferro” em diversas profundidades, enquanto o nível 3 apresentou “agregados alaranjados”, num menor número de profundidades porém com maior representatividade, até cerca de 24% da amostra total no nível a 32 cm. Se se adicionar estes resultados aos obtidos com os resultantes das análises efetuadas no projeto ASTARTE (subtarefa WP2.2), nomeadamente, o aumento da média granulométrica, o aumento de um input terrrígeno dado pela relação Fe/Ca, enriquecimento em moluscos e aumento da percentagem de mica no topo dos níveis definidos reforça a hipótese de se estar em presença de depósitos relacionados com eventos de alta energia. De acordo com as datações obtidas por AMS C14 parece haver uma clara relação entre o nível 4 e o tsunami de Lisboa de 1755, o que já foi colocado em evidência no trabalho de Kümmerer et al. (2020). Quanto aos níveis 1 e 3 acima referidos, estes estão datados de 4155 e 3348 e de 1461 e 806. Apesar de não existir registo histórico de tsunami nessas datas, o nível 1 foi datado num período similar a uma unidade possivelmente relacionada a um evento de alta energia desconhecido ao sudoeste de Portugal nos trabalhos de Reicherter et al., 2019, Bellanova et al., 2019 e Feist et al., 2020. Os resultados obtidos nessa dissertação suportam a hipótese que, dos 4 níveis definidos pela subtarefa WP2.2 no projeto ASTARTE, 3 poderão estar possívelmente associados a eventos de alta energia, sendo um deles compatível em idade com o tsunami de 1755. Os resultados mostraram ainda que, o estudo da composição mineralógica da areia das zonas costeiras, permitiu apoiar a hipótese da existência de um transporte de material do continente para a plataforma continental, o que juntamente com os dados resultantes do projeto ASTARTE (subtarefa WP2.2) apoia a ideia de se estar em presença de níveis relacionados com eventos de alta energia. No entanto, a identificação e caracterização de depósitos de tsunami “offshore” tem sempre inerente algumas incertezas, ao contrário de estudos “onshore”. Como sugestão, sugere-se que em futuros trabalhos, aquilo que se fez, que foi estender a análise mineralógica realizada 5 centímetros acima e abaixo, se estenda a toda a sondagem, para melhor confirmar se os aumentos verificados existem efetivamente e unicamente nos níveis observados ou se acontecem em mais níveis. Outra proposta, está relacionada com a importância de estudar mais sondagens da subtarefa WP2.2 do projeto ASTARTE, para observar se existe variação da composição mineralógica em diferentes profundidades e confirmar a existência de material transportado da zona costeira durante eventos de alta energia para a plataforma continental. Igualmente, sugere-se a realização de mais datações, nomeadamente dos níveis acima e abaixo dos níveis estudados, para assim compreender se o material foi depositado imediatamente após o transporte ou se é o resultado de remobilizações.
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Keywords
Tsunami deposits offshore Continental shelf Historical tsunamis events Sand mineralogical composition Algarve