Análise da variação dos elementos do campo de gravidade na região do Aqüifero Guarani a partir dos dados GRACE

Abstract

ABSTRACT. This work estimates the variation of the gravity field elements in a period of two years and three months -April 2002 to July 2004 -using the GRACE mission data in the Guarani aquifer region; these changes are the sum of all the gravity changes that are caused by variations from mass distribution of the Earth's surface and by the deformation of the solid Earth in response to these mass variations. The solutions have been calculated only from the disturbances of the satellite orbits and do not depend on the gravity data available in the oceanic and continental areas. The calculations of the Earth's gravity field monthly solutions by using the GRACE mission data, considering the spherical harmonics, i.e., the Stokes coefficients, for the global gravity field, up to degree and order 150 (February/2003 to July/2004) and 120 (April, August and November 2002), have been transformed in geoidal height and free-air anomaly grids, with the respective associated errors. A linear 3-D inversion using the residual geoid height supplied the three dimensional density distribution, showing that the use of the GRACE data in investigation of the water mass variability in Guarani aquifer is feasible. A Bouguer anomaly profile, calculated by using the GRACE free-air anomaly and a digital topographic model data, was used in order to estimate the water mass variation in the Guarani aquifer region.Keywords: Guarani aquifer, geopotential, geoid, GRACE satellites, spherical harmonic, linear inversion. RESUMO.Este trabalho visa estimar e analisar a variação dos elementos do campo de gravidade na região do Aqüífero Guarani em um período de dois anos e três meses -abril de 2002 a julho de 2004 -usando os dados da missão GRACE. Esta variação engloba todas as mudanças de gravidade que são causadas por variações na distribuição de massa da superfície da Terra e pela deformação da Terra Sólida em resposta a estas variações de massa, estimadas pelos coeficientes de Stokes fornecidos pela missão GRACE. As soluções foram obtidas somente a partir de perturbações deórbita de satélites independentemente de dados de gravidade na superfície oceânica e continental. As soluções mensais do campo gravitacional da Terra fornecidas pela missão GRACE, considerando o grau e a ordem máximos de expansão dos elementos do campo de gravidade em harmônicos esféricos de 150 (fevereiro de 2003 a julho de 2004) e 120 (abril, agosto e novembro de 2002), foram processadas e forneceram valores de altura geoidal e anomalia ar-livre para cada conjunto destas soluções mensais, juntamente com os erros associados. Uma inversão linear 3-D da altura geoidal residual foi realizada para obter a distribuição de densidades tridimensional associada a estas variações, verificando-se assim a viabilidade do uso dos dados do GRACE na investigação da variação das massas deágua no Aqüífero Guarani. A partir da anomalia ar-livre e dos dados de um modelo topográfico digital da região obteve-se também a anomalia Bouguer em um perfil representativo do aqüífero, a fim de estimar a cor...

Water level alterations on the southern rim of the Guarani Aquifer due to the rain regime

“…Therefore, any alteration on the Bouguer anomaly might be due to fluid storage variation. Bomfim and Molina (2009) showed that the vertical uncertainty on the solutions to the gravitational field using GRACE data are on the millimeter scale, which can be considered precise enough to the present paper, because the observed alterations on the water table level are of such order of magnitude.…”

“…Another more sensitive method, such as field gravimetry, would be needed to detect time variations on the gravitational field that could be imparted by any fluid displacement over time. Bomfim and Molina (2009) employed the residual anomalies method to estimate the variations on the gravitational field and validated it through comparison of gravimetric inversions. They did not compare their conclusions to meteorological values.…”

“…This line is situated over the southern rim of the GAS, where one of its recharge areas is located. Bomfim and Molina (2009) analyzed the variation of the Bouguer anomaly on a NE-SW line from Minas Gerais state in Brazil to the Formosa province in Argentina using GRACE data. That line mainly covers the confined part of GAS.…”

Different Approaches on the Investigation of Ground Water

“…Moreover, a plastic deformation of the crust takes place and can be observed through calculation of the Stokes coefficients provided by GRACE mission [26]. Therefore, it is possible to foresee the future of the aquifer based on the balance between recharging and exploration.…”