Aplicação de Ferramentas de Visualização Tridimensional na Modelagem Geomorfológica da Região Sul da Província Costeira do Rio Grande do Sul

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1 ISSN Dezembro Nº Porto Alegre Aplicação de Ferramentas de Visualização Tridimensional na Modelagem Geomorfológica da Região Sul da Província Costeira do Rio Grande do Sul Rosa M.L.C.C. 1 ; Barboza E.G. 1 ; Tomazelli L.J. 1 ; Ayup-Zouain R.N. 1,2 & Dillenburg S.R. 1 1 Centro de Estudos de Geologia Costeira e Oceânica CECO/IG/UFRGS (mluiza7@hotmail.com); 2 Laboratório de Modelagem de Bacias LABMOD/IG/UFRGS. RESUMO Ferramentas de visualização tridimensional podem ser aplicadas para auxiliar a distinguir aspectos geomorfológicos e estratigráficos, significativos para compreender a evolução geológica de uma área. Esse tipo de visualização pode ser realizado junto a um banco de dados em sistemas de informações geográficas (SIG). A área selecionada para este estudo é a região sul da Província Costeira do Rio Grande do Sul, entre as latitudes 31º e 34º S, e as longitudes 48º e 54º W. A Província Costeira do Rio Grande do Sul (RS) abrange a Bacia de Pelotas, e o embasamento adjacente (Bacia do Paraná e Escudo Uruguaio-Sul-Rio- Grandense). O modelo digital de elevação do terreno foi interpolado com as curvas batimétricas da margem continental e das lagoas Mirim e Mangueira, gerando um novo modelo tridimensional integrado. Esse modelo foi associado a um banco de dados em um projeto de SIG e utilizado como base altimétrica para imagens de satélite, mapas geológicos e faciológicos e para a construção de perfis topográficos, verificando-se uma boa conformidade dos mapas geológico e faciológico com as feições geomorfológicas observadas. Uma exceção ocorre na região noroeste da área, onde um alto topográfico não é diferenciado no mapa geológico. A modelagem integrada corrobora a ocorrência de retrogradação na porção sul da área, bem como a existência de uma paleoembocadura da Lagoa Mirim na região do Banhado do Taim. ABSTRACT The use of three-dimensional visualization tools can be applied to distinguish the spatial distribution of geomorphological and stratigraphic aspects, significant to the understanding of the geological evolution of a specific area. This type of visualization can be integrated to a database into a Geographic Information System (GIS) project. The study area is located in the south of the Coastal Province of Rio Grande do Sul, between latitudes 31º and 34º S, and longitudes 48º and 54º W. The Coastal Province of Rio Grande do Sul (RS) encloses the Pelotas Basin, which is formed by continental margin sedimentary deposits and by the bedrock (rocks of the Parana Basin and of the Uruguaio-sul-riograndense shield). The digital elevation model and bathymetric curves of the continental shelf, and of Mirim and Mangueira lagoons where interpolated to generate a new threedimensional model. This model was associated with a database in a GIS project, and than used as an altimetric datum for satellite images, geological and faciological maps, and also for the construction of topographical profiles. There was verified a good correlation of the geological and faciological maps with the geomorphological features. One exception occurs in the northwest of the area, where a height isn t distinguished in the geological map. The integrated model corroborate the transgression in the south of the area and the existence of a paleoinlet in the Taim region. Palavras chave: geomorfologia, geoprocessamento, Banhado do Taim, Lagoa Mirim.

2 2 Aplicação de Ferramentas de Visualização Tridimensional na Modelagem Geomorfológica da Região Sul da Província Costeira do Rio Grande do Sul INTRODUÇÃO O litoral do Estado do Rio Grande do Sul possui um registro geomorfológico e estratigráfico bastante completo. Esse registro corresponde a depósitos sedimentares formados desde o Plioceno até o Recente. Como substrato, ocorrem rochas correspondentes à Bacia do Paraná e ao embasamento cristalino Précambriano. Os depósitos sedimentares observados ao longo dos 620 km de costa representam sistemas deposicionais costeiros, correspondentes a lagunas, praias, dunas e canais, os quais se encontram preservados na morfologia da planície costeira. Essas feições formam os elementos arquiteturais que compõem os sistemas deposicionais do tipo Laguna/Barreira. A área de estudo do presente trabalho localiza-se na região sul da Província Costeira do Rio Grande do Sul (Villwock, 1984). Ela abrange a plataforma continental, a planície costeira e o embasamento adjacente, e situa-se, aproximadamente, entre as latitudes 31º e 34º S e as longitudes 48º e 54º W (Fig. 1). Estudos anteriores desenvolvidos na mesma região incluem os trabalhos de Delaney (1965), Soliani Jr. (1973), Abreu et al. (1983), Gomes et al. (1987), Horn Filho et al. (1988), Buchmann (1997), Buchmann et al. (1997), CPRM/UFRGS/CECO (2000), Ayup-Zouain et al. (2003), Barboza et al. (2005), Lima & Buchmann (2005), Rosa et al. (2005) e Caron (2007). A partir da integração de um banco de dados em um sistema de informações geográficas (SIG) foi possível elaborar um modelo tridimensional. Esse modelo serviu de base para a visualização de aspectos geomorfológicos e estratigráficos, os quais permitiram a identificação de feições associadas à evolução paleogeográfica da região sul da Província Costeira do Rio Grande do Sul. Figura 1. Mapa de localização da área de estudo (bases cartográficas do IBGE e ANP). CONTEXTO GEOLÓGICO A área de estudo situa-se no contexto geológico da Província Costeira do Rio Grande do Sul. Definida por Villwock (1984), essa província abrange os depósitos sedimentares e vulcânicos da Bacia de Pelotas (Planície Costeira do Rio Grande do Sul e plataforma continental) e o embasamento (Bacia do Paraná e Escudo Uruguaio-Sul-Rio-Grandense) (Fig. 2). A Planície Costeira do Rio Grande do Sul (PCRS) representa a seção superior, emersa, da Bacia de Pelotas. A PCRS foi construída, principalmente, através da justaposição de depósitos sedimentares relacionados a sistemas do tipo Laguna/Barreira, cuja formação está associada a variações do nível relativo do mar em eventos transgressivos-regressivos ocorridos durante o Quaternário (Villwock et al., 1986). Na área de estudo, além dos depósitos dos sistemas Laguna/Barreira, estão presentes depósitos de sistemas de leques aluviais que remontam ao Plioceno, e que se encontram interdigitados com os depósitos dos sistemas

3 Rosa et al. 3 Laguna/Barreira II, III (pleistocênicos) e IV (holocênico), sendo o último ainda ativo. Na plataforma e talude continental localiza-se o Cone do Rio Grande, um prisma sedimentar com mais de 10 km de espessura (Martins et al., 1972). O embasamento da área é composto por rochas sedimentares e vulcânicas da Bacia do Paraná e rochas ígneas e metamórficas do Escudo Uruguaio-Sul-Rio-Grandense (CPRM/ CECO, 2000). Figura 2. Mapa geológico da área de estudo com as folhas de Jaguarão, Santa Vitória do Palmar e Rio Grande (modificado de CPRM/CECO, 2000).

4 4 Aplicação de Ferramentas de Visualização Tridimensional na Modelagem Geomorfológica da Região Sul da Província Costeira do Rio Grande do Sul MATERIAIS E MÉTODOS Para este estudo foi utilizado o modelo digital de elevação do terreno obtido por radar (SRTM/NASA). A partir desse modelo foram geradas curvas de nível em intervalos de 5 m junto à planície costeira e 20 m na região das terras altas. Essas curvas de nível foram interpoladas com as curvas de batimetria oceânica (ANP/BEDEP) e com os dados batimétricos das lagoas Mirim e Mangueira (IPH/UFRGS). Aplicando-se o método de interpolação Natural Neighbors, obteve-se como resultado um novo modelo tridimensional integrado (Fig. 3). Esse modelo foi associado a um banco de dados em um projeto de SIG, e empregado como base altimétrica para imagens de satélite, mapas geológicos e faciológicos e também para a elaboração de perfis topográficos. Os programas computacionais utilizados para o tratamento e processamento dos dados foram o ENVI, o Global Mapper e o ArcGIS licença ArcView, módulos ArcMap e ArcScene (Fig. 4). Figura 3. Modelo tridimensional integrando dados de batimetria com o modelo digital de elevação do terreno. EV =50 x. RESULTADOS E APLICAÇÕES A justaposição do modelo tridimensional com imagens de satélite permitiu a visualização das variações plani-altimétricas entre os três sistemas deposicionais do tipo Laguna/Barreira, registrados na porção emersa da área de estudo (Fig. 5). Esse tipo de visualização auxiliou também em uma melhor discriminação entre a planície costeira e o embasamento adjacente. Junto aos sistemas de leques aluviais, que ocorrem entre o embasamento e os sistemas deposicionais do tipo Laguna/Barreira, a oeste da lagoa Mirim, encontram-se feições de terraços escalonados. Esses terraços foram gerados devido à variações do nível lagunar em decorrência dos ciclos transgressivosregressivos (Tomazelli & Villwock, 2000). Como resposta a estas variações, o sistema de leques aparece aplainado na visualização tridimensional das imagens de satélite. Isso é observado nas áreas atingidas por níveis mais elevados da Lagoa Mirim. Através da justaposição do modelo gerado com uma imagem do satélite LANDSAT 7, sensor ETM+ com data 31/12/2000, composição 5R-4G-3B, foram redefinidas e ampliadas as unidades geomorfológicas identificadas por Barboza et al. (2005) (Fig. 5).

5 Rosa et al. 5 Figura 4. Fluxograma com a associação de dados para a geração do modelo tridimensional integrado. Figura 5. Justaposição do modelo com a composição colorida de imagem de satélite (Landsat 7 ETM+ RGB 543). No detalhe a direita, podem ser visualizadas as barreiras dos sistemas do tipo laguna/barreira II, III e IV que ocorrem na área. Neste procedimento verificou-se a influência, em algumas regiões, dos florestamentos. Devido ao modelo ser obtido por radar (SRTM/NASA), em regiões com vegetação de grande porte, o topo das árvores é imageado gerando uma reflexão do sinal antes do mesmo chegar à superfície do terreno. Como conseqüência é gerada uma falsa topografia, na forma de caixotes. Para melhor calibração do modelo, devem ser associados dados de DGPS,

6 6 Aplicação de Ferramentas de Visualização Tridimensional na Modelagem Geomorfológica da Região Sul da Província Costeira do Rio Grande do Sul principalmente nas áreas onde este tipo de problema é detectado. Empregando-se o modelo como base para mapas geológicos e faciológicos observa-se uma conformidade, em escala regional, com a disposição dos sistemas deposicionais também visualizados nas imagens de satélite (Fig. 6). Uma exceção a esta conformidade ocorre na região norte da área de estudo a leste da Lagoa Mirim, entre o Banhado do Taim e a BR-392. Um alto topográfico alongado na direção SW- NE, junto a BR-471, foi observado (Fig. 7). Tal feição não é identificada no mapa geológico, sendo esta área mapeada como depósitos lagunares pleistocênicos (Sistema Laguna- Barreira III) (CPRM/CECO, 2000). Nessa região um fato intrigante e ainda não compreendido é a falta da Barreira III, a qual é interrompida a sul do Banhado do Taim e só volta a aparecer a norte da desembocadura da Laguna dos Patos. A partir da observação realizada poderia se suspeitar que a área atualmente mapeada como Barreira II poderia representar a Barreira III. Dessa forma, a feição identificada, representaria a Barreira II. Outra interpretação possível a respeito desta feição é que a mesma representaria um resquício da Barreira II, a qual seria muito mais significativa na área no passado geológico. Assim, devido às elevações no nível lagunar esta teria sido erodida a oeste formando o terraço atualmente observado. Em seu setor central (a leste do alto observado) a barreira teria sido erodida pela instalação de canais fluviais e ambientes lagunares. A partir dessas suposições, investigações de campo, com a coleta de novos dados, podem definir melhor a feição identificada. Figura 6. Justaposição do modelo com o mapa geológico (CPRM/CECO, 2000) e com o mapa faciológico da margem continental (modificado de Kowsmann & Costa, 1979). Pode-se observar, em escala regional, uma conformidade das unidades mapeadas com a morfologia (EV = 50 x). Outra aplicação do método consistiu na elaboração de perfis topográficos associados à batimetria das lagoas Mirim e Mangueira e a batimetria oceânica (Fig. 8). Em um perfil transversal à linha de costa, observa-se que o fundo da Lagoa Mangueira, localizada mais próxima à costa, está elevado em torno de 3 m acima do fundo da Lagoa Mirim. Segundo Lima & Buchmann (2005) o fundo da Lagoa Mangueira chega a até 2 m acima do nível do mar. Esse fato pode ser decorrência de um processo de retrogradação que ocorre na área (Dillenburg et al., 2000). Uma datação realizada por Tomazelli et al. (1998), em sedimentos lagunares que afloram na praia atual, na região

7 Rosa et al. 7 Figura 7. Modelo tridimensional de elevação do terreno, no qual são identificadas as principais feições correspondentes aos sistemas deposicionais da Planície Costeira bem como o embasamento adjacente. Na figura inferior está indicada a feição identificada, a qual não possui correspondência no mapa geológico (CPRM/CECO, 2000).

8 8 Aplicação de Ferramentas de Visualização Tridimensional na Modelagem Geomorfológica da Região Sul da Província Costeira do Rio Grande do Sul do Balneário do Hermenegildo, indicou uma idade de 4,330±60 ka. Portanto nesta época a barreira estaria em posição ainda mais distal, no sentido do depocentro da bacia. No processo de retrogradação a Lagoa Mangueira estaria se deslocando em direção ao continente, barrada pelos sistemas deposicionais pleistocênicos e elevando-se em relação à Lagoa Mirim e ao Oceano Atlântico. Em um segundo perfil, paralelo à linha de costa, gerado na região da Reserva Ecológica do Taim, pode-se observar a existência de uma segmentação das barreiras pleistocênicas. Essa segmentação foi identificada anteriormente por Villwock & Tomazelli (1995), e atribuída por Ayup-Zouain et al. (2003), a partir de imagens de satélite, à existência de um paleocanal na região. Estudos posteriores (Barboza et al., 2007) demonstraram que a área teria se comportado como um estuário durante eventos transgressivos e a instalação de canais teria ocorrido durante os eventos regressivos. Três terraços foram identificados no perfil e podem ser visualizados em imagens de satélite. O terraço que ocorre na cota mais elevada é atribuído ao máximo transgressivo de 120 ka, o de cota intermediária ao máximo transgressivo de 7/5 ka, e o de cota inferior teria sido formado a partir de 5 ka (Ayup-Zouain et al., 2003). A partir de então essa conexão com o Oceano Atlântico teria sido fechada com a progradação dos cordões litorâneos que são mapeados na área Ayup-Zouain et al. (2003). Figura 8. Perfis topográficos obtidos a partir do modelo tridimensional integrado com a batimetria das lagoas Mirim e Mangueira. No perfil superior, paralelo à costa, observam-se terraços relacionados à estabilização em condições distintas do nível de base. No perfil inferior, com orientação perpendicular à costa, pode-se visualizar a Lagoa Mangueira em um nível mais elevado em relação à Lagoa Mirim e ao Oceano Atlântico. CONCLUSÕES A utilização de um modelo tridimensional, associando dados de batimetria com o modelo digital de elevação do terreno, integrado a um banco de dados em um projeto de SIG, mostrouse eficiente à medida que possibilitou a visualização tridimensional conjunta de diversas informações. Essa visualização é extremamente útil na realização de trabalhos de mapeamento e na preparação para trabalhos de campo, permitindo delimitar áreas alvo a serem investigadas. A partir desta integração pode-se identificar a ocorrência de um alto topográfico alongado (SW-NE) não diferenciado no mapa geológico. Foi observada a distribuição espacial dos sistemas do tipo Laguna/Barreira bem como dos leques aluviais e do embasamento. Perfis topográficos auxiliaram na verificação dos

9 Rosa et al. 9 processos evolutivos que ocorreram na área, corroborando a ocorrência de retrogradação do sistema Laguna/Barreira IV e a existência de uma paleoembocadura da Lagoa Mirim. Na área submersa o modelo permitiu a observação da distribuição faciológica integrada à batimetria, bem como a morfologia do Cone do Rio Grande. Para os objetivos deste trabalho o modelo digital de elevação do terreno apresentou excelentes resultados, com problemas apenas em algumas regiões devido ao imageamento do topo de árvores. Uma calibração no modelo pode ser obtida com a integração de dados de levantamentos de DGPS. Ferramentas como a do presente estudo possuem diversas aplicações. Porém, a associação com outras técnicas e a checagem em campo são imprescindíveis para a obtenção de resultados confiáveis. Novos dados de subsuperfície podem ser integrados no mesmo projeto em SIG, possibilitando a modelagem também do substrato para uma melhor compreensão da evolução estratigráfica da área de estudo. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ABREU, V.S.; MADEIRA-FALCETTA, M. & THIESEN, Z.V Estudo preliminar da Geologia, Geomorfologia e Paleontologia da Região de Ponta dos Latinos-Lagoa Mirim- RS. In: Congresso Brasileiro de Paleontologia, 8, Coletânea de Trabalhos Paleontológicos. Paleontologia e Estratigrafia, n.2 - Série Geologia, n 27. Brasília, p AYUP-ZOUAIN, R.N.; FERREIRA, H.P.L.; BARBOZA, E.G. & TOMAZELLI, L.J Evidencia morfológica de um paleocanal holocênico da Laguna Mirim nas adjacências do Banhado Taim. In: Congresso da Associação Brasileira de Estudos do Quaternário, 9, Anais... 1 CD- ROM. BARBOZA, E.G.; AYUP-ZOUAIN, R.N.; TOMAZELLI, L.J.; ROSA, M.L.C.C. & FERREIRA, H.P.L Paleocanal Pleistocênico na Barreira III entre o Chuí e o Balneário Hermenegildo Rio Grande do Sul. In: Congresso da Associação Brasileira de Estudos do Quaternário, 10, Anais... 1 CD-ROM. BARBOZA, E.G.; AYUP-ZOUAIN, R.N.; TOMAZELLI, L.J. & ROSA, M.L.C.C Significado Estratigráfico e Paleogeográfico da Paleoembocadura do Taim, RS. In: Congresso da Associação Brasileira de Estudos do Quaternário, 11, Anais... (CD-ROM). BUCHMANN, F.S.C Banhado do Taim e Lagoa Mangueira: Evolução Holocênica da Paleoembocadura da Lagoa Mirim. Dissertação de Mestrado em Geociências, Universidade Federal do Rio Grande do Sul. 155p. BUCHMANN, F.S.C.; BARBOSA, V.P. & VILLWOCK, J.A Sedimentologia e Paleoecologia durante o Máximo Transgressivo Holocênico na Lagoa Mirim, RS, Brasil. In: Congresso Brasileiro de Paleontologia, 15, Boletim de Resumos... p.23. CARON, F Depósitos Sedimentares associados à Desembocadura do Arroio Chuí (Planície Costeira do Rio Grande do Sul) e suas Relações com as Variações do Nível do Mar durante o Holoceno. Dissertação de Mestrado em Geociências, Universidade Federal do Rio Grande do Sul. 63p. CPRM/UFRGS/CECO Folha Jaguarão SI.22-V-A, Escala 1: Programa Levantamentos Geológicos Básicos do Brasil - PLGB. Subprograma de Integração Geológica - Metalogenética. CPRM/UFRGS/CECO Folha Rio Grande SI.22-V-B, Escala 1: Programa Levantamentos Geológicos Básicos do Brasil - PLGB. Subprograma de Integração Geológica - Metalogenética. CPRM/UFRGS/CECO Folha Santa Vitória do Palmar SI.22-V-C, Escala 1: Programa Levantamentos Geológicos Básicos do Brasil - PLGB. Subprograma de Integração Geológica - Metalogenética. DELANEY, P Fisiografia e Geologia da Subsuperfície da Planície Costeira do Rio Grande do Sul. Publicação Especial. Escola de Geologia, UFRGS. Porto Alegre, n.6, 195p. DILLENBURG, S.R.; ROY, P.S.; COWELL, P.J. & TOMAZELLI, L.J Influence of antecedent topography on coastal evolution as tested by the shoreface

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