Caracterização morfológica de manchas de savana no sudoeste da Amazônia brasileira. Thiago C. Bertani

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1 Caracterização morfológica de manchas de savana no sudoeste da Amazônia brasileira Thiago C. Bertani 1. Introdução Dentre as feições mais expressivas registradas na paisagem amazônica que ocupam áreas de grandes dimensões destacam-se lagos alongados de água pura denominados rias fluviais (IRION, 2010) e contrastes vegetacionais representados por grandes áreas de vegetação aberta ou savana que ocorrem de maneira distinta na forma de manchas em contraste brusco com áreas de floresta tropical densa (SANAIOTTI et al., 2002; TAKEUCHI, 1960). Estas feições podem apresentar comprimento e largura similares, e localizam-se relativamente próximas aos cursos fluviais principais. Diversos autores tem abordado a questão das rias fluviais como lagos formados pelo represamento de cursos fluviais tributários em seu baixo curso, nas margens da planície de inundação do rio principal por agradação acelerada (HOLZ et al., 1979). Este tipo de lago é comumente associado a oscilações eustáticas pós-glaciais (IRION, 1984), mas a influência neotectônica nas configurações dominantes em que estes lagos ocorrem também foi observada (DUMONT et al., 1991; STERNBERG, 1950). De acordo com esses autores, agrupamentos de rias fluviais acompanham o eixo superimposto da bacia e não tem localização aleatória, ao contrário de lagos de caráter erosivo localizados nas planícies de inundação dos rios principais. Por outro lado, a discussão da gênese e distribuição de manchas de savana na Amazônia é realizada majoritariamente sob o ponto de vista climático (ver HAFFER; PRANCE, 2001). Este tipo de interpretação baseia-se no aspecto sazonal da distribuição da pluviosidade ou da diminuição da drenagem em subsuperfície em função de períodos glaciais pleistocênicos presumidamente mais secos em relação aos atuais, embora variações edáficas resultantes de processos geológicos e geomorfológicos também tenham sido considerados (TUOMISTO et al., 1996; TUOMISTO, 2007). Trabalhos recentes em áreas distintas da Amazônia baseados em dados de subsuperfície (ROSSETTI et al., 2010) e sensoriamento remoto (BERTANI, 2011; HAYAKAWA et al., 2010) tem sugerido que mudanças na organização dos sistemas de drenagem durante o Quaternário implicam na presença de manchas de savana em áreas de concentração de morfologias fluviais e sistemas deposicionais abandonados. Isto se deve a controles estruturais exercidos por áreas de subsidência ativa e sua influência na configuração dos elementos da paisagem. Este trabalho propõe a utilização de dados de sensoriamento remoto para ampliar a caracterização morfológica de rias fluviais e manchas de savana localizados em áreas distintas da Amazônia brasileira, porém, que ocorrem de maneira similar. A delimitação destas feições permitiu o cálculo de atributos geométricos através dos quais buscou-se identificar características morfológicas relevantes que possam ser utilizadas na elaboração de um modelo para explicar sucessões florísticas em função de alterações progressivas relacionadas com o abandono de morfologias fluviais e sistemas deposicionais durante o final do Quaternário.

2 2. Material e métodos Selecionou-se um total de duas áreas da região amazônica (Figura 1) para desenvolver este estudo, incluindo-se área com grande concentração de lagos e rias fluviais no baixo rio Solimões (centro do estado do Amazonas) e outra às margens do rio Madeira (sul do estado do Amazonas) onde existem manchas de savana de grandes dimensões. A escolha dessas áreas tomou por base a ocorrência de registros prévios de paleomorfologias na paisagem associadas a diferentes padrões vegetacionais. Figura 1. Localização das áreas selecionadas para o estudo. A área 1 indicada no mapa corresponde ao entorno de um segmento do rio Solimões e a área 2 ao entorno de um segmento do rio Madeira, ambas situadas no oeste da Amazônia brasileira. Produtos de sensoriamento remoto incluíram: imagens de radar derivadas em banda L com polarização HH pelo Japanese Earth Resource Satellite-1 (JERS-1); Modelos Digitais de Elevação (MDE) em resolução espacial de 3 (aproximadamente 90 m) adquiridos em banda C pela Shuttle Radar Topography Mission (SRTM), e disponíveis no endereço eletrônico O processamento das imagens JERS contemplou a transformação para imagens com 256 níveis de cinza para as áreas de estudo e ajuste linear dos histogramas pelo quadrado do desvio-padrão dos valores de níveis de cinza. Estas imagens foram segmentadas no aplicativo ecognition utilizando-se o algoritmo de segmentação multirresolução (BAATZ; SCHAPE, 2000) e definido limiar para extração dos corpos d água e manchas de savana. Dentre os objetos classificados, foram eliminados todos com área inferior a 1000 pixels, bem como os cursos fluviais ativos. Em seguida, os corpos d água foram separados em grupos a partir da localização ou áreas de concentração. Para delimitação das áreas menos elevadas e sujeitas a inundação nos períodos de cheia, aplicou-se o segmentador Spectral Difference Segmentation disponível no mesmo aplicativo para criação de estratos altimétricos a partir dos valores de elevação fornecidos pelos MDE-SRTM. Estas áreas correspondem, de forma aproximada, às planícies de inundação dos rios principais.

3 Para as manchas de savana e corpos d água selecionados, calcularam-se 30 atributos (Tabela 1) relativos a forma (geometria) ou distribuição espacial dos pixels dentro do aplicativo Definiens Developer (LANG; TIEDE, 2007). A ferramenta estatística principal utilizada pelo aplicativo para o cálculo dos valores para um conjunto de pixels consiste de matriz de covariância, como mostra a equação a seguir: ( ( ) ( ) ( ) ( ) ) As grandezas absolutas de área e distância obtidas a partir de objetos vetorizados na imagem raster são utilizadas para o cálculo dos atributos geométricos, bem como de retângulos, círculos e elipses envolventes. Adicionalmente, os valores de alguns atributos baseia-se na divisão do objeto a partir de uma linha principal e ramificações. Esta divisão é baseada em triangulação Delaunay, sendo que cada ponto médio dos triângulos criados corresponde a um nó. Mais detalhes sobre o cálculo destes atributos podem ser encontrados em Definiens (2007). Tabela 1. Atributos utilizados para descrever os corpos d água e manchas de savana. 1-Área 16-Raio da maior elipse envolvente 2-Comprimento de borda 17-Raio da menor elipse envolvente 3-Comprimento 18-Retangularidade 4-Comprimento/espessura 19-Circularidade 5-Comprimento/largura 20-Índice de forma 6-Número de pixels 21-Comprimento médio das arestas 7-Espessura 22-Comprimento da aresta mais longa 8-Volume 23-Número de arestas 9-Largura 24-Número de polígonos internos 10-Assimetria 25-Perímetro 11-Índice de borda 26-Auto-intersecção (polígono) 12-Compacidade 27-Comprimento médio das ramificações 13-Densidade 28-Curvatura/comprimento 14-Elipsidade 29-Grau de ramificação 15-Direção principal 30-Comprimento da linha principal Em seguida, utilizou-se o algoritmo InfoGain disponível no aplicativo Weka (HALL et al., 2009) para seleção de atributos. Esta etapa teve como objetivo identificar atributos geométricos que melhor descrevem as rias fluviais, lagos de erosão e manchas de savana, bem como a semelhança geométrica entre estas feições. 3. Resultados e Discussão

4 A segmentação das imagens de sensoriamento remoto e a criação de limiares através dos valores dos pixels nas imagens JERS permitiu extrair satisfatoriamente as feições correspondentes a corpos d água e áreas de vegetação aberta em ambas áreas estudadas. Estas imagens foram sobrepostas aos MDE-SRTM, sendo que a utilização de limiares também facilitou a delimitação dos pacotes altimétricos correspondentes a áreas topograficamente rebaixadas (Figura 2). Figura 2. Imagem JERS sobreposta a pacotes altimétricos extraídos de MDE-SRTM utilizando-se 25% de transparência. Esquerda: trecho correspondente ao entorno do rio Solimões (área 1) onde existe grande concentração de lagos e rias fluviais. Direita: trecho correspondente ao entorno do rio Madeira (área 2) onde existem manchas de savana de grandes dimensões.as áreas em branco correspondem às feições selecionadas para o estudo. Tons de cinza mais escuros correspondem a áreas topograficamente mais rebaixadas. A análise visual da distribuição dos corpos d água na área 1 revelou sua distribuição de acordo com 4 grupos principais. O grupo que ocupa a maior área corresponde às rias fluviais, cujas dimensões das feições alcançam cerca de 80 km de extensão por aproximadamente 10 km de largura. Os outros três grupos correspondem a concentrações de lagos situados na planície aluvial do rio Solimões, separados como Lagos 1, Lagos 2 e Lagos 3 em função da localização na imagem. Estas feições podem alcançar comprimento de até 10 km com largura de aproximadamente 5 km, sendo separados por distâncias de até algumas dezenas de quilômetros. As feições recobertas por savana localizadas na área 2 exibem dimensões de até 85 km de comprimento e 20 km de largura. Apesar dos segmentos apresentarem dimensões e formas geométricas bastante distintas, estes foram mantidos como um grupo único, sendo este responsável pelo reflexo das características geométricas das manchas de savana (Figura 3). É interessante observar que as terminações das rias fluviais são notavelmente paralelas aos limites das planícies de inundação em ambas as margens do rio Solimões e as terminações dos segmentos de savana apresentam orientação paralela ao rio Madeira.

5 Figura 3. Agrupamento de feições realizado a partir de análise visual anterior a seleção de atributos geométricos. A seleção de atributos realizada pelo algoritmo InfoGain indicou seis atributos como os mais pertinentes para individualização dos grupos criados (Figura 4). Apesar da aparente diferença nas dimensões absolutas, como Área, Comprimento e Largura, os atributos Número de arestas e Compacidade foram indicados como os mais pertinentes para separação dos grupos. Nota-se que estes exibem valores bastante similares para os grupos Savana e Rias fluviais em contrapartida aos grupos que compõem o conjunto de lagos. Esta mesma relação pode ser observada, porém, de forma mais branda, nos demais atributos apresentados. Os resultados aqui apresentados permitem propor que pelo menos uma importante parcela dos contrastes vegetacionais dessa região coincidem com limites de ambientes deposicionais. A configuração das rias do rio Solimões e sua similaridade geométrica com as manchas de savana na margem esquerda do rio Madeira são sugestivos de processos de formação similares. Observando-se a concentração dos lagos nas planícies aluviais ao longo do rio Solimões é possível especular que houve deslocamento do curso do rio principal para sul, resultando em grande paleovárzea abandonada em sua margem esquerda. Por comparação com as rias do rio Solimões, é possível que o rio Madeira tenha mudado sua posição com o tempo, ocupando posição a leste de seu curso original na área de estudo, como também sugerido por Bertani (2011). À medida que este processo ocorreu, seus tributários da margem esquerda tornaram-se abandonados no terreno, sendo totalmente colmatados e favorecendo o estabelecimento da vegetação aberta. Deslocamento do curso principal do rio Madeira foi parcialmente registrado a nordeste da área de estudo (HAYAKAWA et al., 2010). Este processo pode ter bloqueado as desembocaduras dos tributários, causando o afogamento dos sistemas de drenagem e, consequentemente, originando rias. A finalização das rias fluviais e áreas de savana em distâncias equivalentes ao rio principal também reforça estas interpretações.

6 Figura 4. Valores dos atributos indicados como os mais pertinentes para separação dos agrupamentos realizados. Notar que os atributos Número de arestas e Compacidade exibem grande competência para diferenciar os grupos de lagos das rias fluviais e manchas de savana, sendo que os últimos possuem maior similaridade geométrica entre si como também observado em menor grau nos demais valores de atributos. Existem diferentes hipóteses para a origem de rias na bacia amazônica, sendo que várias delas incluem o fator tectônico (DUMONT et al., 1991; STERNBERG, 1950). De acordo com esses autores, a gênese de rias fluviais implica na presença de zonas de falhas e movimentação de blocos. Entretanto, informações adicionais, principalmente referentes à análise morfoestrutural detalhada, serão necessárias para se discutir melhor estas interpretações. Similarmente, as áreas de savana encontradas no entorno do rio Madeira foram anteriormente interpretadas como antigos sistemas deposicionais (BERTANI, 2011). Estas interpretações condizem com as obtidas em outras áreas amazônicas onde ocorrem contrastes vegetacionais também associados a paleomorfologias Quaternárias. Por exemplo, na ilha de Marajó, nordeste da Amazônia, situação similar foi relatada para contrastes entre vegetação, estes indubitavelmente associados a paleocanais (ROSSETTI et al., 2010). Consequentemente, a história geológica pode influenciar no desenvolvimento dos padrões vegetacionais atuais à medida que diferentes tempos de abandono dos sítios deposicionais resultam em substratos com características geológicas, pedológicas e topográficas variadas. 4. Conclusões Os dados de sensoriamento remoto analisados permitiram extrair e comparar características geométricas e localização de feições peculiares em meio a floresta tropical densa amazônica. A similaridade entre manchas de savana e rias fluviais levou a interpretação das primeiras como antigas rias fluviais abandonadas, sugerindo influência morfotectônica na configuração atual destas paisagens. Entretanto, o conhecimento completo do processo de sucessão vegetacional, bem como de fatores que possam determinar a instalação de vegetação aberta em meio a floresta tropical densa requer pesquisa futura com base em informações de subsuperfície e evidências cronológicas.

7 5. Bibliografia BAATZ, M.; SCHÄPE, A. Multiresolution segmentation: an optimization approach for high quality multi-scale image segmentation. In: ANGEWANDTE GEOGRAPHISCHE INFORMATIONSVERARBEITUNG, 12, 2000, Heibelberg. Proceedings... Heidelberg: Wichmann-Verlag, BERTANI, T. C. Sensoriamento remoto aplicado ao mapeamento de paleomorfologias no interflúvio Madeira-Purus, sudoeste da Amazônia brasileira.104p. Dissertação de Mestrado (Mestrado em Sensoriamento Remoto) - Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE). São José dos Campos: INPE, DEFINIENS. Definiens developer 7: reference book. Munique: Definiens AG, p. Versão do documento: DUMONT, J. F.; DEZA, E.; GARCIA, F. Morphostructural provinces and neotectonics in the Amazonian lowland of Peru. Journal of South American Earth Sciences, v. 4, p HAFFER, J.; PRANCE, G. T. Climatic forcing of evolution in Amazonia during the Cenozoic: On the refuge theory of biotic differentiation. Revista do Instituto de Estudos Avançados da Universidade de São Paulo, v. 46, p. 1-33, HALL, M.; FRANK, E.; HOLMES, G.; PFAHRINGER, B.; REUTEMANN, P.; WITTEN, I. H. The WEKA Data Mining Software: An Update. SIGKDD Explorations, v. 11, n. 1, HAYAKAWA, E. H.; ROSSETTI, D. F.; VALERIANO, M. M. Applying DEM-SRTM for reconstructing a late Quaternary paleodrainage in Amazonia. Earth and Planetary Sciences Letters, v. 297, p , HOLZ, K. R.; BAKER, V. R.; SUTTON, S. M.; PENTEADO-ORELLANA, M.M. South American river morphology and hydrology: NASA Special Publication 412, Apollo-Soyuz Test Project Summary Science Erport, v. 2, p , IRION, G. Sedimentation and sediments of Amazonian rivers and evolution of the Amazonian landscape since Pliocene times. In: SIOLI, H. (ed). The Amazon limnology and landscape ecology of a mighty tropical river and its basin. Dordbrecht : Junk Publishers, p IRION, G.; KALLIOLA, R. Long-term landscape development processes in Amazonia. In: Hoorn, C.; Wesselingh, F. Amazonia: Landscape and Species Evolution: A Look into the Past. Oxford: Wiley & Blackwell, Cap. 11, p LANG, S.; TIEDE, D. Definiens developer. GIS Business, v. 9, p , ROSSETTI, D.; ALMEIDA, S.; AMARAL, D.; LIMA, C. M.; PESSENDA, L. Coexistence of forest and savanna in an Amazonian area from a geological perspective. Journal of Vegetation Science, v. 21, n. 1, p , 2010.

8 SANAIOTTI, T.M.; MARTINELLI, L.A.; VICTORIA, R.L.; TRUMBORE, S.E.; CAMARGO, P.B. Past vegetation changes in Amazon savannas determined using carbon isotopes of soil organic matter. Biotropica, v. 34, p. 2-16, STERNBERG, H. O. Vales tectônicos na planície amazônica? Revista Brasileira de Geografia, v. 12, n. 4, p , TAKEUCHI, M. A estrutura da vegetação na Amazônia. II - As savanas do Norte da Amazônia. Boletim do Museu Paraense Emilio Goeldi, v. 7, p. 3-14, TUOMISTO, H. Interpreting the biogeography of South America. Journal of Biogeography, v. 34, p , TUOMISTO, H., POULSEN, A.D. Influence of edaphic specialization on pteridophyte distribution in neotropical rain forests. Journal of Biogeography, v. 23, p , 1996.