INVESTIGAÇÃO SOBRE A RELAÇÃO ENTRE LINEAMENTOS ESTRUTURAIS E A OCORRÊNCIA DE AREAIS NO SUDOESTE DO RIO GRANDE DO SUL

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1 INVESTIGAÇÃO SOBRE A RELAÇÃO ENTRE LINEAMENTOS ESTRUTURAIS E A OCORRÊNCIA DE AREAIS NO SUDOESTE DO RIO GRANDE DO SUL ANDRADES FILHO, Clódis de Oliveira - UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL - CLODISFILHO@TERRA.COM.BR GUASSELLI, Laurindo Antônio - UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL - LAURINDO.GUASSELLI@UFRGS.BR SUERTEGARAY, DIRCE MARIA ANTUNES - universidade federal do rio grande do sul - suerte.ez@terra.com.br Resumo A região sudoeste do Rio Grande do Sul é identificada como área de atenção especial pelo Ministério do Ambiente, devido a um forte processo de degradação ambiental. Esta é relacionada ao processo de arenização, que acarreta nestas áreas a dificuldade da fixação de cobertura vegetal, devido a ação hídrica e eólica na mobilidade de sedimentos retrabalhados de depósitos de sedimentos não ou pouco consolidados. Esta região situa-se na Bacia do Paraná e esta possui evolução tectônico-sedimentar fortemente controlada pelas direções estruturais inerentes ao seu embasamento que é constituído por uma grande quantidade de zonas de fraqueza que se cruzam, dividindo este embasamento em blocos de falhas que são responsáveis pela ocorrência de lineamentos estruturais na região. O presente trabalho utiliza como recorte espacial cinco bacias hidrográficas da região ao norte do rio Ibicuí, com grande ocorrência do processo de arenização e tem como objetivos: a) Aplicar uso de imagem SRTM para a identificação de feições estruturais, espacialização de dados de orientação do relevo e delimitação de drenagem em detalhe; b) Análise da relação entre lineamentos estruturais com a disposição da drenagem, orientação das vertentes e a ocorrência de areais. Todas etapas do trabalho foram realizadas em ambiente SIG (Sistema de Informações Geográficas), abrangendo diversos aplicativos que envolveram desde processos de tratamento de imagem até mapeamento e cruzamento de dados, sendo a maioria das etapas executadas no software Spring. O cruzamento e sobreposição de dados produzidos levantam a hipótese da existência de relação entre lineamentos estruturais e ocorrência de areais. As drenagens principais e secundárias, e a orientação do relevo são elementos importantes que reforçam e indicam forte controle estrutural da área, pois há coincidência direcional com alinhamentos de grandes dimensões e também com os de menor porte. Tratando-se então de dados com grande contribuição na investigação da gênese dos areais. Palavras-chave: lineamentos estruturais, areais, redes de drenagem. Introdução Esse trabalho utiliza o conceito de arenização (Suertegaray, 1987). Por arenização entende-se o processo de retrabalhamento de depósitos arenosos pouco ou não consolidados, que acarreta nessas áreas uma dificuldade de fixação da cobertura vegetal, devido à intensa mobilidade dos sedimentos pela ação das águas e dos ventos. Conseqüentemente arenização indica uma área de degradação, relacionada ao clima úmido, em que a diminuição do potencial biológico não desemboca, em definitivo, em condições de tipo deserto. Ao contrário, a dinâmica dos processos envolvidos nesta degradação dos solos é fundamentalmente derivada

2 da abundância de água. A região sudoeste do Estado do Rio Grande do Sul, em particular o município de Alegrete, é identificada como área de atenção especial (Ministério do Meio Ambiente, 1997), isto é, apresenta forte processo de degradação ambiental derivado da ação do homem. A região de ocorrência do processo de arenização está localizada no sudoeste do Rio Grande do Sul (Figura 1), a partir do meridiano de 54 em direção oeste até a fronteira com a Argentina e a República Oriental do Uruguai, sendo constituída pelos municípios de Alegrete, Cacequi, Itaqui, Maçambará, Manuel Viana, Quarai, Rosário do Sul, São Borja, São Francisco da Assis e Unistalda. Esta região situa-se na Bacia do Paraná, uma bacia intracratônica desenvolvida inteiramente sobre uma crosta continental, que foi preenchida com rochas sedimentares e vulcânicas, cujas idades variam desde o Ordoviciano até o Cretáceo. A evolução tectônico-sedimentar desta bacia foi fortemente controlada pelas direções estruturais inerentes ao seu embasamento que é constituído por uma grande quantidade de zonas de fraqueza que se cruzam, dividindo este embasamento em blocos de falhas. As zonas de fraqueza atuam como os principais agentes de dissipação de tensões intraplaca que permitem movimentos recorrentes desses blocos ao longo dessa zonas. (ZALÁN, 1991 apud FRASCA, 1996, p. 6) Figura 1. Região de ocorrência de areais. A área de ocorrência dos areais tem como substrato o arenito da Formação Botucatu; nesta formação Mesozóica assentam-se depósitos arenosos não consolidados, originários de deposição fluvial e eólica durante o Pleistoceno e o Holoceno, os quais, sob remoção atual, originam os areais. A análise da formação dos areais, interpretada por estudos geomorfológicos, associada à dinâmica hídrica e eólica, indica que os areais resultam, inicialmente, de processos hídricos. Estes,

3 relacionados com topografia favorável, permitem, numa primeira fase, a formação de ravinas e voçorocas. Na continuidade do processo, desenvolvem-se por erosão lateral e regressiva, conseqüentemente alargando as suas bordas. Por outro lado, à jusante destas ravinas e voçorocas, em decorrência dos processos de transporte de sedimentos pela água durante episódios de chuvas torrenciais, formam-se depósitos arenosos em forma de leque. Com o tempo, esses leques agrupam-se e, em conjunto, originam um areal. O vento que atua sobre essas areias em todas as direções permite a ampliação desse processo. O presente trabalho utiliza como recorte espacial cinco bacias hidrográficas da região ao norte do rio Ibicuí, com grande ocorrência do processo de arenização: Bacia do Arroio Piraju, Bacia do Arroio Inhacundá, Bacia da Sanga do Araçá, Bacia do Miracatu e Bacia do Caraguataí, (Figura 2). Os objetivos propostos são: a) Aplicar o uso de imagem SRTM para a identificação de feições estruturais, espacialização de dados de orientação do relevo e delimitação de drenagem em detalhe; b) Análise da relação entre os lineamentos estruturais com a disposição da drenagem, orientação das vertentes e a ocorrência de areais. Figura 2. Área de estudo. Imagem Landsat em composição 4R 5G 3B.

4 Metodologia A base utilizada da espacialização dos areais (Figura 3) foi elaborada através do uso de imagem Landsat TM 5 datada de 1989, por classificação digital não-supervisionada (ANDRADES FILHO et al., 2005). Figura 3. Espacialização dos areais e bacias hidrográficas na área de estudo. Para geração da base digital da drenagem das diferentes bacias hidrográficas estudadas, dos mapas de aspecto e lineamentos estruturais, foi utilizada a imagem SRTM (Shuttle Radar Topography Mission) entre as coordenadas s e e w e (Figura 4), com resolução espacial de noventa metros adquirida através de Ftp da NASA (ftp://e0srp01u.ecs.nasa.gov/srtm/version2).o download da imagem SRTM foi realizado em formato HGT, sendo necessário a utilização do programa ENVI 4.2 para transformação deste formato para GeoTiff, compatível com o Spring 4.3. A partir da imagem SRTM na resolução de 90 metros, foi executado um método de interpolação sobre imagem (Valeriano, 2002) para obter uma resolução de 20 metros. Este processamento consistiu na modificação do Modelo Digital de Elevação - MDE SRTM original para um novo MDE, com características desejáveis. Entre as modificações pretendidas, listam-se: a remoção das falhas e a resolução melhorada (20 metros). Os programas computacionais utilizados no tratamento foram: ENVI (Research Systems Inc., 2005): correção de falhas, seleção de área amostral e exportação de dados ASCII; e SURFER (Golden Software Inc.,1997):

5 interpolação e Spring 4.3 do INPE, para tratamento de imagem, digitalização da drenagem, mapeamento, mapa de orientações das vertentes e lineamentos estruturais. Figura 4. Imagem SRTM/NASA. No software ENVI foram realizadas as seguintes etapas: - correção de falhas: carregada a imagem (file/open image), foi acionada a correção via menu Topography/BadValues, pela qual se estabeleceu desde até 0 como o intervalo de valores inválidos e a imagem corrigida armazenada na memória; - exportação de arquivos ASCII: acionou-se a opção de menu File/save file as/ ASCII, definindo-se o formato em colunas x, y e z (botão output style, opção XYZ format). Ampliou-se o formato numérico das coordenadas (XY field size) de 10 para 20 caracteres, de modo que a largura da página não comportasse mais do que as desejáveis 3 colunas. No software SURFER foi realizada: - interpolação: os arquivos ASCII da totalidade de cotas foram interpolados por krigagem, de modo que a resolução espacial resultante fosse de 20 metros. No software Spring 4.3 foram realizadas as seguintes etapas:

6 - Mapa de orientação das vertentes: Esse mapa de aspecto foi elaborado a partir da rotina de manipulação de MNT na ferramenta de declividade, porém com uso da imagem SRTM bruta (com resolução de 90 metros), pois o objetivo do mapeamento destas orientações é da observação geral das ocorrências. Os dados de entrada estão no formato de grade de altimetria e como saída foi gerado um mapa de exposição com quatro classes: NE : 0-90, SE: , SW: , NW: Logo após foi realizada uma edição matricial com limpeza de pixel (onde o número de pixel(s) é oito) com intuito de obter a espacialização generalizada das vertentes. Para a compreensão do mapa de orientação em relação à insolação, foram utilizadas as cores vermelho (NE) e amarelo (NW) para indicar as vertentes com maior grau de insolação pela manhã e a tarde, e azul (SW) e verde (SE) para as vertentes com menor grau de insolação neste mesmo período. - Cruzamento dos dados: Com uso dos mapas dos areais (1989) e de orientação das vertentes em formato matricial, foi realizado cruzamento e a quantificação de dados. Para tanto foi utilizado a Tabulação Cruzada do Spring Delimitação das drenagens: Para digitalização da drenagem foram geradas imagens de MNT sombreadas. A partir de testes, chegou-se a três produtos com maior contraste para a definição e delimitação dos cursos d água. Estas imagens possuem diferentes parâmetros de iluminação: azimute, elevação e exagero. O primeiro define a posição da fonte luminosa, o segundo, o ângulo desta fonte em relação a superfície e o terceiro define o acréscimo da escala vertical do terreno. A digitalização visual da drenagem foi realizada sobre os três produtos resultantes com os seguintes parâmetros: Imagem 1 - Azimute : 270 e elevação: 90, Imagem 2 - Azimute: 270 e elevação: 45, Imagem 3 Azimute: 10 e 70. Todas com o valor 70 para exagero vertical. - Definição dos lineamentos estruturais: Identificação e extração visual, a partir de imagem de MNT (produto SRTM) sombreada com os seguintes parâmetros: Azimute: 270, elevação: 45 e exagero vertical: 70. Este produto apresentou uma significativa expressão das variações do relevo o que permitiu o mapeamento de alinhamentos alicerçado em feições, tais como: a) lineações representando descontinuidades, com nítida presença de fraturamentos estruturais; b) alinhamentos de escarpas pronunciadas e/ou estruturas do relevo; c) segmentos retilíneos de drenagem superficial. Após esta extração, foram definidos como lineamentos

7 principais os que apresentaram grande extensão (> 30 Km) e de lineamentos secundários os de menor extensão (< 30 km). Resultados e discussões O primeiro produto deste trabalho é o mapa de orientação do relevo nas cinco bacias hidrográficas (Figura 5), que possibilitou o cruzamento com a espacialização dos areais, apresentado na Tabela 1. Figura 5. Mapa de orientações das vertentes. Tabela 1. Cruzamento entre areais e orientação das vertentes. Sub-Bacia Hidrográfica Área das Subbacias Área ocupada por areais (ha) Proporção de areais em relação a orientação das vertentes (1989). (ha) 1989 NW NE SW SE Ar. Piraju 36968,87 406, % 10.86% 29.05% 56.10% Ar. Inhacundá 36729,55 133, % 36.36% 26.06% 18.18% Sanga Araçá 9159,21 25, % 3.85% 50.00% 34.62% Ar. Miracatu 59326,39 557, % 17.63% 32.83% 29.33% Ar. Caraguataí 25622,18 165, % 14.59% 12.97% 71.35% TOTAL ,8 1821,25 12% 17% 29% 42% Na porção ao norte do Rio Ibicuí, a direção de escoamento da drenagem se dá para o sul, onde encontra-se a calha deste rio. Esta orientação (sul) coincide, conforme Tabela 1, com a maior ocorrência de areais. O cruzamento dos areais com

8 a orientação das vertentes indica a predominância de areais em vertentes voltadas para sudeste (42%), seguidas da orientação sudoeste (29%). Estudos de Suertegaray apontam que os areais tem localização predominante em cabeceiras de drenagem. Para analisar essa relação foi realizado um mapeamento de detalhe da rede drenagem das bacias em questão, e gerados diferentes produtos de imagens sombreadas, a fim de destacar as calhas dos cursos d água. As três imagens em níveis de cinza utilizadas na digitalização da drenagem estão apresentadas na figura 6 com distintos parâmetros de iluminação. A imagem 1 apresenta as bordas de relevo e áreas de acentuada declividade com tons escuros, já as áreas onde o terreno é mais plano os tons de cinza estão mais claros. A maior contribuição dessa imagem está na apresentação nítida das áreas de vales e de rupturas do relevo. Na imagem 2 as áreas onde os níveis de cinza apresentam-se mais claros são as faces voltadas para o norte e os tons mais escuros representam as faces voltadas para o sul. A inclinação do ângulo da fonte luminosa proporcionou uma expressão significativa da orientação do relevo, dando uma idéia de visualização em terceira dimensão, onde a topografia do terreno é marcada com grande contraste. A imagem 3 foi processada com uma sutil inclinação do ângulo da fonte luminosa que atrelada à direção sul desta fonte realçou as linhas de encaixe dos cursos d água. Esta imagem apresenta um gradual contraste, onde os cursos d água estão representadas pelos tons de cinza mais claros, apresentando uma falsa impressão de serem os interflúvios, devido à direção sul da fonte de luminosidade. As áreas representadas com tons mais escuros são as vertentes voltadas para o norte.

9 Figura 6. Imagens sombreadas com distintos parâmetros de iluminação - produtos SRTM.

10 Os diferentes sombreamentos e contrastes das imagens proporcionou uma detalhada digitalização das drenagens. Na figura 7 é apresentada as linhas de drenagem de um setor do Arroio Piraju sobre as diferentes imagens produzidas. Figura 7. Drenagem sobre imagens sombreadas. Na definição dos lineamentos estruturais foram utilizados como parâmetros a fonte luminosa com Azimute: 270 e elevação: 45, com exagero vertical de valor 70. A digitalização sobre esta imagem apresentou significativos resultados, pois ela proporcionou a visualização das feições pretendidas no trabalho com qualidade. Ficam evidentes as escarpas pronunciadas, descontinuidades e outras feições definidas como lineamentos estruturais. Foram definidos dois conjuntos de lineações: os principais, que apresentaram grande extensão (> 30 Km) e os lineamentos secundários de menor extensão (< 30 km). Os primeiros estão representados em linhas de cor azul e os segundos em cor amarela (Figura 8) Figura 8. Espacialização dos lineamentos estruturais.

11 Como resultado da sobreposição dos lineamentos e as redes de drenagem constata-se que os lineamentos principais (aqueles que definem a macro-estrutura do relevo) estão com orientação NE-SW. Estes lineamentos controlam grande parte dos rios principais que drenam a região. Os lineamentos secundários (NW-SE) controlam em grande parte a drenagem secundária. A Figura 9 apresenta a superposição dos planos de informação de lineamentos estruturais, areais e as drenagens onde evidencia-se a correlação destas variáveis. O cruzamento dos areais com a orientação das vertentes indicou a predominância de areais em vertentes voltadas para sudeste, seguidas da orientação sudoeste. Esta orientação se associa em escala regional à direção preferencial dos rios para sudoeste, consequentemente entalhando vertentes com orientação SE e NW. Considerando a direção dominante dos rios secundários (NW- SE) estes estão associados aos lineamentos de menor extensão cuja orientação corresponde em grande parte com NW-SE. Figura 9. Sobreposição da drenagem, lineamentos e areais na área de estudo. No relacionamento entre as variáveis estudadas, observa-se que os areais estão relacionados principalmente com as drenagens secundárias e portanto associados de forma indireta aos lineamentos de menor extensão, o que confirma a predominância da orientação SE-SW. Além disto no mapa de sobreposição dos areais com lineamentos é possível observar uma regularidade na distribuição dos areais em relação a estes lineamentos.

12 Portanto há possibilidade de que lineamentos estruturais estejam contribuindo na formação de areais, na medida em que os areais tem sua origem associada a formação de degraus de abatimento e a fluxos concentrados em canais (ravinas e voçorocas) (UAGODA, 2004). Estas ravinas e voçorocas geralmente desencadeiam-se em cabeceiras fluviais e rios de primeira ordem, que pelos trabalhos de campo realizados permitem concluir que estiveram, por um determinado período, recobertos por um pacote arenoso inconsolidado e que mais recentemente apresentam um processo de reativação. Processo este que ao aprofundar os canais fluviais, transportam esses materiais para a jusante, contribuindo com esse aporte para a formação dos areais. Conclusões O uso da imagem SRTM foi fundamental na geração dos dados obtidos neste trabalho. O tratamento da imagem e a geração de sub-produtos foi de absoluta importância, pois proporcionou um avanço na pesquisa sobre o processo de arenização, levantando hipóteses sobre a gênese da ocorrência de areais no sudoeste do Rio Grande do Sul. A análise da relação entre os lineamentos estruturais com a disposição da drenagem, orientação das vertentes e a ocorrência de areais demonstrou que há possibilidade de que estas variáveis estejam fortemente associadas com a estrutura do terreno da área de estudo. A formação dos areais, geralmente ligada as cabeceiras de drenagem, pode estar associada a lineamentos estruturais da região. No entanto, é necessário o aprofundamento das pesquisas com vistas a identificar possíveis lineamentos de menor porte, para que possibilite uma análise de maior detalhe da disposição destes e a espacialização das manchas arenosas. Referência bibliográficas Frasca, Antônio Augusto Soares. Aplicações de Sensoriamento Remoto e análise de lineamentos em estudos tectônicos na região de São Francisco de Assis, Porção da Borda Meridional da Bacia do Paraná, RS. Dissertação de Mestrado

13 em Sensoriamento Remoto, Centro Estadual de Pesquisas em Sensoriamento Remoto e Meteorologia, Porto Alegre (105 p.) Julho, MINISTÉRIO DO MEIO AMBIENTE (1997) Plano Nacional de Combate à Desertificação. Centro de Sensoriamento remoto, IBAMA. SPRING, Versão 4.2 (30/10/2005) Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) Copyright Suertegaray, Dirce Maria Antunes. Deserto Grande do Sul: Controvérsias. 2.ed. PORTO ALEGRE/RS:UFRGS, p. Suertegaray, Dirce Maria Antunes. Atlas da Arenização Sudoeste do Rio Grande do Sul. Secretaria da Coordenação e Planejamento do Estado do Rio grande do Sul e Secretaria da Ciência e Tecnologia Governo do Estado do RS, 1.ed. Porto Alegre, 84p. Uagoda, Rogério. Degraus de abatimento: estudo comparativo em cabeceiras de drenagem: bacia hidrográfica do Arroio Puitã e bacia hidrográfica das nascentes do Rio das Antas/RS. Trabalho de Conclusão do Curso de Geografia, Departamento de Geografia, Instituto de Geociências, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre p. Verdum, Roberto. Approche géographique des déserts dans les communes de São Francisco de Assis et Manuel Viana État do Rio Grande do Sul Brésil Tese de Doutorado. Université de Toulouse II - Le Mirail. U.T.H. França p. Valeriano, Márcio de Morisson. Modelo digital de elevação com dados SRTM disponíveis para a América do Sul. São José dos Campos: Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais, p. (INPE RPQ/756). National Aeronautics and Space Administration (NASA) Disponível em: <ftp://e0srp01u.ecs.nasa.gov/srtm/version2>. Acesso em 15/05/2006.