Gravitational, erosional, sedimentary, and volcanic processes on the submarine environment of ocean volcanic islands: The case studies of Porto Santo Island (Madeira Archipelago) and Corvo Island (Azores Archipelago)

Abstract

As ilhas vulcânicas são ambientes extremamente dinâmicos, sujeitos a uma complexa interação entre processos geológicos, oceanográficos e climáticos. A sua evolução resulta da acumulação de material vulcânico, seguido por processos erosivos e sedimentares que modelam a sua morfologia ao longo do tempo. Embora a evolução subaérea destas ilhas tenha sido amplamente estudada, as suas porções submersas permanecem relativamente pouco exploradas, apesar do seu papel fundamental na compreensão da formação e desenvolvimento das ilhas. Historicamente, a investigação das áreas submarinas das ilhas concentrou-se nas regiões mais profundas, com particular ênfase na análise de depósitos resultantes de grandes colapsos de flancos. Estas instabilidades, frequentemente associadas a processos vulcano-tectónicos, desempenham um papel crucial na redistribuição de material ao longo dos taludes insulares. No entanto, as plataformas insulares, apesar da sua importância para a compreensão da evolução recente das ilhas, têm sido menos estudadas devido aos desafios logísticos inerentes à realização de levantamentos de alta resolução em águas pouco profundas. A cartografia destas áreas com métodos acústicos é um processo moroso e apresenta riscos acrescidos, uma vez que a navegação em zonas de menor profundidade exige maior precisão e envolve obstáculos que podem comprometer a segurança das operações. Historicamente, a investigação das áreas submarinas das ilhas concentrou-se nas regiões mais profundas, com particular ênfase na análise de depósitos resultantes de grandes colapsos de flancos. Estas instabilidades, frequentemente associadas a processos vulcano-tectónicos, desempenham um papel crucial na redistribuição de material ao longo dos taludes insulares. No entanto, as plataformas insulares, apesar da sua importância para a compreensão da evolução recente das ilhas, têm sido menos estudadas devido aos desafios logísticos inerentes à realização de levantamentos de alta resolução em águas pouco profundas. A cartografia destas áreas com métodos acústicos é um processo moroso e apresenta riscos acrescidos, uma vez que a navegação em zonas de menor profundidade exige maior precisão e envolve obstáculos que podem comprometer a segurança das operações. Nos últimos anos, os avanços tecnológicos em cartografia do fundo marinho permitiram um estudo mais detalhado destas regiões, revelando uma diversidade notável de formas de relevo moldadas por processos gravíticos, erosivos, sedimentares e vulcânicos. O presente trabalho insere-se neste contexto, procurando colmatar essa lacuna através da investigação da dinâmica costeira e da morfologia submarina das ilhas de Porto Santo (Arquipélago da Madeira) e Corvo (Arquipélago dos Açores). Esta análise comparativa permite avaliar o impacto de fatores oceanográficos, tectónicos e sedimentares na evolução das suas plataformas insulares e compreender como diferentes condições ambientais influenciam o desenvolvimento das ilhas vulcânicas ao longo do tempo. Este estudo adota uma abordagem integrada que combina dados terrestres e marinhos para uma análise abrangente da evolução das plataformas submarinas. A investigação baseia-se num extenso conjunto de dados adquiridos por meio de levantamentos batimétricos multifeixe, perfis sísmicos de reflexão de alta resolução, amostras sedimentares e análises geomorfológicas e geológicas. Para a ilha de Porto Santo, foram utilizados dados preexistentes de levantamentos realizados pelo Instituto Hidrográfico de Portugal em 2008 para o Governo Regional da Madeira no âmbito de uma prestação de serviços para avaliação dos recursos em agregados marinhos na plataforma sul da ilha. Estes dados foram complementados por novas amostras sedimentares recolhidas entre 2020 e 2023 pela Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa no âmbito de um projeto Europeu (Life Dunas), com o objetivo de caraterizar e aumentar a resiliência dos ecossistemas dunares e da praia de Porto Santo. No caso da ilha do Corvo, os dados foram adquiridos durante missões oceanográficas realizadas em 2022 e 2023 no âmbito do projeto FCT HAZARDOUS, com o objetivo de estudar os processos de erosão costeira nesta ilha. Estas campanhas abrangeram a totalidade da plataforma submarina, permitindo uma análise detalhada das suas características morfológicas e estratigráficas. O processamento e análise dos dados foram realizados com recurso a software especializado, incluindo o ArcGIS, para análise geoespacial e modelação da distribuição sedimentar, o CARIS-HIPS, para o processamento da batimetria multifeixe e a criação de modelos digitais de terreno e mapas de retrodispersão acústica, o RadExPro, para o processamento dos perfis sísmicos, e o DELPH RoadMap para interpretação e reconstrução da estratigrafia da plataforma insular. As amostras sedimentares foram analisadas em laboratório para determinação da dimensão dos sedimentos, composição mineralógica e teor de carbono inorgânico total, permitindo uma melhor caracterização dos processos sedimentares e da evolução da plataforma submarina ao longo do tempo. Os resultados sugerem que, embora ambas as ilhas sejam moldadas pelos mesmos processos fundamentais, apresentam padrões distintos de evolução devido a diferenças na idade geológica, no regime oceanográfico e nas condições tectónicas. Porto Santo encontra-se numa fase mais avançada de desenvolvimento geológico, refletindo um processo prolongado de erosão e sedimentação. A ilha apresenta uma extensa praia composta por sedimentos bioclásticos, resultantes da fragmentação de organismos marinhos, que se prolongam para depósitos submarinos característicos de um ambiente sedimentar carbonatado. A baixa energia das ondas no setor sul da ilha favorece a preservação destes depósitos, resultando numa plataforma relativamente ampla e estável. Esta estabilidade é reforçada pelo facto de Porto Santo se encontrar numa fase tardia da sua evolução, com uma taxa reduzida de atividade vulcânica e tectónica. A análise dos perfis sísmicos revelou a presença de antigas superfícies erosivas, indicativas de fases de nível do mar mais baixo no passado, durante as quais a ilha se estendia mais para o largo. Estes dados são consistentes com modelos de regressão marinha associados às glaciações do Quaternário. Em contraste, a ilha do Corvo apresenta um relevo submarino mais acidentado, caracterizado por arribas íngremes e extensos depósitos de deslizamentos submarinos. A sua história geológica relativamente jovem, combinada com a forte exposição às ondulações do Atlântico Norte, contribui para um padrão de erosão intensa e uma maior instabilidade da plataforma insular. Os dados batimétricos evidenciam a ocorrência de colapsos gravíticos ao longo da costa, refletindo um ambiente dinâmico e sujeito a processos de instabilização. Estes deslizamentos são, em grande parte, consequência da ação combinada da erosão costeira e subaérea das arribas. A análise da composição sedimentar sugere que a plataforma submarina do Corvo é dominada por sedimentos de origem vulcânica, em contraste com o predomínio de sedimentos biogénicos em Porto Santo. Isto reflete diferenças significativas nos processos sedimentares que atuam em cada ilha, com o Corvo apresentando uma maior contribuição de material derivado da erosão subaérea e transporte sedimentar associado a eventos de tempestade. A análise comparativa destas duas ilhas evidencia o papel das flutuações do nível do mar, da idade geológica e das forças oceanográficas na configuração das plataformas submarinas. Porto Santo representa um exemplo de uma ilha vulcânica em fase avançada de evolução, onde a sedimentação biogénica e a estabilidade tectónica conduzem a uma plataforma estável e bem desenvolvida. Corvo, por outro lado, ilustra uma fase mais jovem do ciclo evolutivo das ilhas vulcânicas, caracterizada por intensa erosão costeira, instabilidade gravítica e uma plataforma submarina ainda em remodelação ativa. Estas diferenças têm implicações significativas para a gestão costeira e conservação ambiental, nomeadamente na mitigação da erosão costeira, no impacto da extração de agregados marinhos e na preservação dos ecossistemas marinhos. Além disso, a identificação de depósitos de deslizamentos submarinos realça a importância de considerar o risco associado a tsunamis locais, que podem ser desencadeados por eventos de instabilização sedimentar em taludes insulares. A compreensão destes processos é essencial para avaliar o impacto potencial de futuros eventos naturais e para a implementação de estratégias de adaptação e mitigação em regiões costeiras vulneráveis. Este estudo contribui significativamente para o conhecimento da evolução das plataformas insulares em ilhas vulcânicas, demonstrando como a interação entre processos geodinâmicos e oceanográficos pode resultar em padrões morfológicos distintos. A abordagem metodológica integrada utilizada neste trabalho pode ser aplicada a outras ilhas vulcânicas, proporcionando um modelo de referência para estudos futuros sobre a evolução de margens insulares em diferentes contextos geodinâmicos e oceanográficos. Os resultados obtidos reforçam a necessidade de um acompanhamento contínuo das dinâmicas sedimentares e geomorfológicas destas regiões, não só para fins científicos, mas também para a gestão sustentável dos seus recursos naturais e a proteção das comunidades costeiras face a riscos naturais