Classificação Textural de Sedimentos Praiais e a Relação com os Processos Morfogenéticos Eólicos e Marinhos
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1 ISSN Dezembro Nº Porto Alegre Classificação Textural de Sedimentos Praiais e a Relação com os Processos Morfogenéticos Eólicos e Marinhos Tabajara L.L. & Martins L.R. * * Centro de Estudos de Geologia Costeira e Oceânica CECO/IG/UFRGS (luiztaba@ufrgs.br). RESUMO A necessidade de quantificar parâmetros morfodinâmicos no estudo da dinâmica e classificação de praias exige o acompanhamento espaçotemporal de pelo menos três variáveis: altura e período da onda incidente e a velocidade de queda do grão (Ws). O método clássico de investigação morfodinâmica baseia-se no levantamento de perfis topográficos transversais a praia, associado a observações do estado do mar e coleta de sedimentos na zona do estirâncio. As variações temporais dos sedimentos na zona do estirâncio da praia de Atlântida Sul estão correlacionadas com o perfil de equilíbrio morfodinâmico. A matriz arenosa originalmente policíclica desta praia se distingue segundo os processos atuantes: o domínio praial apresenta forças bidirecionais (swash e backwash), capazes de retirar os sedimentos finos e enriquecê-los com shell ash, fato não observado no presente trabalho, devido à amputação dos grossos pela digestão dos carbonatos. O domínio eólico unidirecional (ventos do quadrante NE), predominantemente mais selecionador, produz sedimentos bem selecionados, com tamanho médio menor e curvas bem selecionadas na porção central da distribuição dos grãos. Os resultados mostram a melhor capacidade de seleção do agente eólico, apesar da prévia seleção na face da praia pelas ondas. ABSTRACT The quantification of morphodynamic parameters in a study of beach behavior and classification requires space-temporal observation of three variables: incident wave height and period, and settling velocity of grain size (Ws). The classic methodology of morphodynamic investigation is based on transverse topographic beach profiles suplemented by coastal sea condition observation and foreshore sand sampling. The sediments temporal flutuation on South Atlantic beaches foreshore is related to the morphodynamic equilibrium. The policyclic sandy matrix of those beaches is distinguish by dominant intertidal forces (swash and backwash) through wave action that is able to remove finer grains, and usually adding a bioclastic coarse tail (shell ash). This behavior was not detected in this study due to the remotion of the carbonates before size analysis. The predominantly unidirectional eolian transport produces a very well sorted sand with smaller mean size, showing that prevailing wind (NE) is a better sorting agent than wave action. Palavras chave: textura sedimentar, processos sedimentares, praia.
2 100 Classificação Textural de Sedimentos Praiais e a Relação com os Processos Morfogenéticos Eólicos e Marinhos INTRODUÇÃO A classificação morfodinâmica de praiais é uma ferramenta consagrada no estudo da dinâmica de praias arenosas, dado o seu caráter preditivo e de aplicação global, que definem as condições ambientais de ocorrência de um determinado tipo de praia. O termo morfodinâmica significa o ajuste mútuo entre a topografia e a dinâmica dos fluídos (ondas, marés e correntes) envolvidos no transporte de sedimentos (WRIGHT & THOM, 1977). Em praias de micromarés, dominadas por ondas, o tamanho do grão de areia, a altura e o período das ondas definem o tipo de praia e o modelo seqüencial de variação praial no espaço e no tempo (WRIGTH & SHORT, 1984). As praias do litoral norte do estado do Rio Grande do Sul são abertas, dominadas por ondas e constituídas por sedimentos arenosos unimodais de tamanho fino, com amplo predomínio da composição quartzosa (95%), de acordo com MARTINS (1967), ALVAREZ et al. (1983) e TOMAZELLI & VILLWOCK (1992). A distribuição granulométrica e a morfometria destas areias finas guardam grande homogeneidade ao longo da costa (WESCHENFELDER, 1996; RECHDEN et al., 2000). As condições ambientais das praias do litoral gaúcho variam segundo uma programação sazonal na energia das ondas. Ondas altas e marés meteorológicas são mais freqüentes no outono e inverno, com a passagem das frentes frias, provocando erosão na praia subaérea e a transferência de grandes estoques de sedimentos para a praia subaquosa na forma de bancos. Em períodos de calma hidrodinâmica (verão), ocorre a recuperação do perfil a partir do retorno da areia para a zona do pós-praia e para a duna. Devido a este padrão hidrodinâmico mobilizador de areias finas, de origem policíclica, a maior parte das praias do estado foram classificadas como sistemas morfodinâmicos intermediáriosdissipativos (CALLIARI & KLEIN, 1993; TOLDO Jr. et al., 1993; WESCHENFELDER, 1996). Mudanças neste padrão geral ao longo da costa do Rio Grande do Sul são devidas a variações granulométricas sob a forma de cascalho biodetrítico e areia quartzosa grossa a média provinda da antepraia (CALLIARI et al., 2002). Os dados sedimentares obtidos por meio da análise do tamanho do grão podem ser utilizados e tratados de vários modos: forma gráfica (FOLK & WARD, 1957) ou numérica (BALSILLIE et al., 2002). A vantagem deste último método é poder tratar grande quantidade de informações de forma rápida e matematicamente precisa. Este trabalho discute a metodologia para o processamento de dados sedimentares com a finalidade de classificação textural de sedimentos. Verifica-se, igualmente, a relação entre a fácies arenosa com os processos marinhos e eólicos geradores das feições morfológicas da praia de Atlântida Sul, litoral norte do Rio Grande do Sul, sendo uma contribuição ao estudo das interações existentes na passagem dos sedimentos da praia até a duna frontal. Figura 1. Localização da praia de Atlântida Sul no litoral norte do Rio Grande do Sul e mosaico fotográfico da praia (Data: 04/03/98) com a localização dos perfis de praia 1 a 9.
3 Tabajara & Martins 101 AMOSTRAGENS E ANÁLISES Os compartimentos ambientais estudados na praia de Atlântida Sul estão apresentados na Figura 2. A zona de surfe situase entre o ponto de quebra da onda e a linha de costa. A zona do estirâncio, terminologia adotada por VILLWOCK & MARTINS (1972), é relativamente estreita, estendendo-se desde o ponto de colapso da onda na face da praia até o limite superior da ação do fluxo do espraiamento na praia seca. O pós-praia estende-se desde o nível superior do espraiamento até o campo de dunas ou, simplesmente, até o ponto de fixação permanente da vegetação, sendo a parte seca da praia, e está sujeito aos processos aerodinâmicos. Figura 2. Representação do perfil praia duna de Atlântida Sul, incluindo os compartimentos ambientais definidos no texto. A dinâmica sedimentar da praia de Atlântida Sul foi consorciada a levantamentos sistemáticos de 9 perfis praia-duna, entre os anos de 1998 e 2005 (Fig. 1). O levantamento do perfil morfológico da duna e da praia subaérea obedeceu ao método do nivelamento geométrico, com as medidas horizontais e altimétricas obtidas junto às feições mais representativas do terreno. As condições do mar atuantes no momento do levantamento do perfil da praia eram observadas e os sedimentos superficiais dos compartimentos praiais (zona de surfe, face da praia, pós-praia e campo de duna) coletados. Trinta e quatro (34) amostras de sedimentos foram analisadas em laboratório, segundo metodologia descrita por MARTINS et al. (1978). Como método auxiliar na interpretação dos mecanismos de transporte e deposição, os parâmetros estatísticos de FOLK & WARD (1957) foram colocados em diagramas dispersos. Para a análise hierárquica de agrupamento e classificação das texturas granulométricas, segundo as suas afinidades, usou-se o pacote estatístico SPSS (NORUSING, 1988). Os resultados estão apresentados na forma de curvas acumuladas padrões, de acordo com VISHER (1969). CARACTERIZAÇÃO SEDIMENTAR As características texturais dos sedimentos coletados na praia de Atlântida Sul (Anexo 1) confirmam os trabalhos de MARTINS (1967) e BÉRTOLA (2002), isto é, nos pontos de afastamento em relação a normal, as areias de dunas situam-se em direção ao setor areia fina a muito fina (menor tamanho), enquanto que as areias praiais mostram leve tendência em direção ao setor areia fina a média (maior tamanho). O pós-praia e a base da duna, por ser uma fronteira dinâmica entre a praia e o sistema de dunas, podem tender para um ou outro setor, em conformidade com o processo atuante, ondas e marés (areia fina a media) ou vento (areia fina a muito fina). Apesar do intervalo de valores do tamanho médio dos grãos (M z Φ) serem muito uniforme para toda a área (2-3 Φ), existem variações sensíveis desde a zona de surfe (2,34 Φ), estirâncio (2,36 Φ), pós-praia (2,46 Φ), base da duna (2,48 Φ) e campo de dunas (2,56 Φ). Os tamanhos das partículas vão diminuindo em direção ao continente, em face da mudança do agente transportador hidrodinâmico para o eólico. MARTINS (1967), já explicava tal comportamento, afirmando que o vento vai
4 102 Classificação Textural de Sedimentos Praiais e a Relação com os Processos Morfogenéticos Eólicos e Marinhos selecionando gradativamente os grãos mais finos, mais sensíveis ao transporte, deixando para trás os grãos mais grossos. Também ocorre um aumento crescente no nível de seleção dos grãos entre o domínio praial (areias bem classificadas) e o domínio eólico (areias muito bem classificadas), quando 90% da distribuição gravita em torno do tamanho médio, com um grau de dispersão muito pequeno em relação à primeira medida estatística (σ<0,40). Os resultados mostram a melhor capacidade de seleção do agente eólico, apesar da prévia seleção na face da praia pelas ondas. O comportamento dos diagramas da Figura 3 mostra uma importante relação entre o tamanho médio dos grãos com os demais parâmetros estatísticos, tais como seleção, assimetria e curtose, separando um conjunto de grãos tamanho areia fina (2,44 a 2,66 Φ) correspondentes às areias de dunas. Este é o limite no qual os sedimentos tornam-se melhores classificados (diagrama a), as assimetrias tendem a se tornar negativas (diagrama b) e a curtose aumenta gradualmente (diagrama c). O diagrama d confirma a tendência de que as areias de dunas nas praias estudadas se agrupam próximas aos valores com assimetrias negativas e muito bem selecionadas (desvio padrão variando entre 0,40 e 0,31 Φ). Figura 3. Diagramas de dispersão mostrando o comportamento das diferentes texturas de grãos em relação aos parâmetros de FOLK & WARD (1957): a) seleção x média, b) assimetria x média, c) curtose x média e d) assimetria x seleção. A Figura 4 apresenta as principais texturas arenosas e as curvas de distribuição de tamanho de grão representativas dos ambientes de sedimentação da praia de Atlântida Sul. A mistura de duas ou mais populações granulométricas, definidas nas curvas por pontos de truncamentos, são produzidas pelas variações nas condições do transporte (VISHER, 1969), e também pelo caráter transicional predominante nas interações praia duna, dominadas por
5 Tabajara & Martins 103 processos marinhos e eólicos. As curvas acumuladas se diferenciam segundo o percentual de participação do modo de transporte (suspensão, saltação e tração), e também segundo o declive e classificação das populações de saltação. Deste modo, a primeira diferenciação ocorre na passagem do ambiente de antepraia para o de espraiamento, quando aumenta a população de tração em mais de 20% da distribuição e a população em suspensão desaparece. As duas populações de saltação ficam separadas em 2,5 Φ devido ao avanço e ao recuo das águas na face da praia, sendo a população de saltação a (classe modal entre 2,0 e 2,5 Φ) muito melhor classificada. Na transição para o pós-praia superior (base da duna), a curva apresenta praticamente uma única e bem classificada população de saltação, entre 2,0 e 3,0 Φ (areia fina), perfazendo um total de quase 90% da distribuição. No ambiente de duna aumenta a seleção da fração mais fina da distribuição. A população de saltação b (classe modal entre 2,5 3 Φ) torna-se muito bem classificada, e participa com 70% da distribuição. Também se processa neste ambiente o aumento relativo da população em suspensão (6 a 10%). Figura 4. Curvas acumuladas e populações granulométricas características das fácies sedimentares existentes nos ambientes de praia e dunas de Atlântida Sul.
6 104 Classificação Textural de Sedimentos Praiais e a Relação com os Processos Morfogenéticos Eólicos e Marinhos Os processos deposicionais na praia submarina (banco interno) diferenciam-se segundo as condições morfodinâmicas ou o nível de energia incidente na zona de surfe. Na condição morfodinâmica intermediária (2b de mais baixa energia), a curva log normal apresenta uma bem desenvolvida e classificada população de saltação, e a população de tração fica reduzida a 20%. Quando altamente dissipativa (2c), a distribuição granulométrica torna-se bimodal e aumenta a seleção dos sedimentos grossos. DISCUSSÃO Quando a onda entra em colapso na zona do estirâncio, imediatamente, transformase, sendo arremetida para cima da face da praia (swash), onde perde volume por percolação através da sua superfície. A gravidade causa a parada na subida da onda de espraiamento, então, a água remanescente volta ao mar como refluxo (backwash). Este fluxo bidirecional é o responsável pela primeira seleção existente nos sedimentos praiais analisados. A remoção dos finos ocorre durante o refluxo das águas no varrido, quando as areias mais grossas e os fragmentos de conchas permanecem depositados, marcando a linha de maré alta no pós-praia. Em razão da eliminação dos carbonatos nas amostras da zona do estirâncio, não foi possível verificar as assimetrias negativas características das areias de praias, relatadas em trabalhos clássicos sobre o assunto (SHEPARD & YOUNG, 1961; MARTINS, 1967). O vento, com velocidade suficiente para movimentar as partículas de areia, realiza a depleção do berma e da praia exposta, transportando as areias mediante três caminhos, segundo US ARMY CORPS of ENGINEERS (1984): suspensão, saltação e tração. A suspensão ocorre quando os grãos pequenos ou leves são suspensos pelas correntes de ar e transportados por distâncias apreciáveis. A saltação é o transporte das partículas de areia carregadas pelo vento numa série de pequenos pulos ao longo da praia. A tração é o rolamento das partículas como resultado da força do vento ou arraste pelo chão devido ao impacto de outras partículas (PETHICK, 1984). O controle essencial no desenvolvimento das dunas frontais é a disponibilidade da fonte subaérea de areia fina, que está estreitamente relacionada ao acoplamento de cristas de praia no pós-praia (CARTER, 1986; TABAJARA et al., 2004). O transporte para a duna é controlado parcialmente pela composição do material da praia, o qual é uma mistura de partículas grossas, pobremente selecionadas de origem carbonática, com areias finas, quatzosas e bem selecionadas, enriquecidas de uma pequena fração de mineral pesado (CARTER & WILSON, 1990). As areias presentes na área de estudo são bem selecionadas, pois são trabalhadas em um nível de energia elevado e por um período de tempo que permite ao agente transportador eleger o grão hidrodinamicamente ideal, apresentando distribuição muito próxima da normalidade da curva de Gauss. O campo de dunas apresentou os menores diâmetros dentro do intervalo areia fina (2,44-2,66 Φ) com um pequeno grau de dispersão em torno dos valores de tendência central. Os valores negativos encontrados para a assimetria, especialmente, nas amostras coletadas na base da duna frontal, não são contrastantes com as assertivas de inúmeros autores que indicam serem os depósitos eólicos predominantemente positivos. Acontece que nesta posição a duna frontal reflete ainda características texturais herdadas do estirâncio e pós-praia, enquanto o primeiro cordão de dunas, embora se movimentando sob a dinâmica eólica, ainda não adquiriu a condição de possuírem uma terminal fina desenvolvida, própria do vento como agente transportador. Quanto à curtose, que compara o índice de seleção da parte central com o grau de classificação obtido para as curvas terminais da distribuição de grãos, é interessante observar o comportamento apresentado pelo campo de dunas com curva meso a leptocúrtica (mais classificada na parte central do que nas terminais). Dessa forma, interpreta-se que o vento é o agente selecionador ideal para tamanhos de grãos presentes em um perfil praial. Valores platicúrticos, como os verificados na zona de surfe, indicam a presença de mais de uma população granulométrica, usualmente sendo sensibilizada em suas terminais devido à remoção dos finos por amputação hidrodinâmica ou ingresso de terminal grossa sob a forma de shell ash bem selecionada.
7 Tabajara & Martins 105 CONCLUSÕES Os estudos sedimentares e morfodinâmicos dos bancos e da praia de Atlântida Sul contribuíram para a compreensão das interações onda-praia-dunas, nos seguintes aspectos: i) A matriz arenosa policíclica formadora das praias do RS são retrabalhadas por processos marinhos e eólicos. O domínio eólico, predominantemente mais selecionador e unidirecional (ventos do quadrante NE), produz sedimentos bem selecionados, com tendência de afastamento em relação a normal em direção ao setor areia fina a muito fina e curva bem selecionada na porção central da distribuição dos grãos (leptocúrtica). O domínio praial apresenta forças bidirecionais (swash e backwash), capazes de retirar os sedimentos finos e enriquece-los com shell ash, fato não observado no presente trabalho, devido a amputação dos grossos pela digestão dos carbonatos. ii) A composição mecânica dos sedimentos quando submetida à aplicação da metodologia estatística (gráfica ou cálculo de momentos) comporta-se de acordo com os padrões delineados para tais tipos de análise ambiental. A boa seleção encontrada, característica de ambientes de elevada energia, a assimetria revelando aspectos distintos das terminais e comparações adequadas de aferição do grau de classificação da parte central das distribuições granulométricas e suas terminais, representam pontos importantes na caracterização da dinâmica e dos agentes de transporte e deposição presentes na área. REFERÊNCIAS BIBLIOGRAFICAS ALVAREZ, J.A.; GRÊ, J.C.R. & TOLDO Jr., E.E Estudos oceanográficos e sedimentológicos preliminares da praia de Tramandaí RS. Pesquisas, 15: p BÉRTOLA, G.R Mapa de Clasificación Textural de la Playa. In: Martins, L.R.; Toldo Jr., E.E. & Dillenburg, S.R. (eds.). Erosão Costeira: Causas, análise de risco e sua relação com a gênese de depósitos minerais. OEA/IOC-UNESCO/ MCT, Porto Alegre. CD-ROM. BALSILLIE, J.H; DONOGHUE, J.F.; BUTLER, K.M. & KOCH, J.L Plotting Equation for Gaussian Percentiles and a Spreadsheet Program for Generation of Probability Plots. Journal of Sedimentology Research, 72: p CALLIARI, L.J. & KLEIN, A.H.F Características Morfodinâmicas e Sedimentológicas das Praias Oceânicas entre Rio Grande e Chuí, RS. Pesquisas, 20 (1): p CALLIARI, L.J.; TOLDO Jr., E.E. & NICOLODI, J.L Classificação geomorfológica da linha de costa do Rio Grande do Sul. In: Martins, L.R.; Toldo Jr., E.E. e Dillenburg, S.R. (eds.). Erosão Costeira: causas, análises de risco e sua relação com a gênese de depósitos minerais. OEA/IOC-UNESCO/ MCT, Porto Alegre. CD-ROM. CARTER, R.W.G The morphodynamic of beach ridge formation: Magilligan, Northern Ireland. Marine Geology, 73: p CARTER, R.W.G. & WILSON, P The Geomorphological, ecological and pedological development of coastal foredunes at Magilligan Point, Northern Ireland. In: Nordstrom, K.F.; Psuty, N.P. & Carter, R.W.G. (eds.). Coastal Dunes: Form and Process. J. Wiley, Chichester, p FOLK, R.L. & WARD, W.C Brazos river bar: a study in the significations of grain size parameter. Journal of Sedimentary Petrology, 27 (1): p MARTINS, I.R.; PONZI, V.R. & CORRÊA, I.C.S Processamento Geológico de Amostras. Notas Técnicas, 1, CECO, ed. UFRGS, Porto Alegre. p MARTINS, L.R Aspectos texturais e deposicionais dos sedimentos praiais e eólicos da planície costeira do Rio Grande do Sul. Publicação Especial. Escola de Geologia/UFRGS, 13, 102 p. NORUSING, M.J Special Package for the social Science. Chicago: Lybrary of Congress, 578 p. PETHICK, J An Introduction to Coastal Geomorphology. ed. Arnold, London, 260 p. RECHDEN, R.F.; NICOLODI, J.L. & TOLDO Jr., E.E Análise Sedimentológica do Pós-praia de Torres ao Farol da Conceição, RS. In: Anais... XIII Semana Nacional de
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9 Tabajara & Martins 107 ANEXO 1 Ambiente Nº amostra data média mediana desvio assimetria curtose curtose N Estirâncio perfil 9 18/02/99 0 2,28 0,46 0,01 0,89 0,47 perfil 4 22/04/99 2,31 2,3 0,45 0,02 0,93 0,48 perfil 2 07/06/99 2,54 2,56 0,33-0,08 0,74 0,43 perfil 1 26/09/03 2,4 2,35 0,34 0,18 0,96 0,49 perfil 1 28/10/03 2,38 2,33 0,38 0,13 1,07 0,52 perfil 1 26/11/03 2,27 2,25 0,41 0,06 1,25 0,55 perfil 1 17/12/03 2,37 2,33 0,36 0,11 1,11 0,53 perfil 1 09/03/04 2,49 2,47 0,36 0,16 0,83 0,45 perfil 1 31/03/04 2,13 2,15 0,40 0,02 1,01 0,50 perfil 1 18/06/04 2,24 2,24 0,38 0,01 1,29 0,56 Perfil 1 26/09/03 2,43 2,37 0,35 0,3 0,93 0,48 perfil 1 20/01/05 2,28 2,26 0,41 0,05 1,25 0,55 perfil 1 27/10/04 2,60 2,62 0,38 0,01 0,93 0,48 perfil 1 25/08/04 2,27 2,26 0,33 0,06 1,37 0,58 perfil 1 24/02/05 2,21 2,20 0,47 0,08 0,97 0,49 perfil 1 21/05/04 2,43 2,38 0,33 0,23 0,81 0,45 perfil 1 29/07/04 2,39 2,33 0,41 0,18 1,15 0,53 MÉDIA 2,36 Surfe perfil 6 19/2/99 2,37 2,37 0,5 0,01 0,93 0,48 perfil 9 18/2/99 2,41 2,43 0,43-0,11 0,86 0,46 perfil 1 18/2/99 2,35 2,4 0,52-0,09 0,8 0,45 perfil 4 22/4/99 2,44 2,41 0,42 0,07 0,98 0,49 perfil 2 7/6/99 2,14 2,12 0,44 0,1 0,88 0,47 MÉDIA 2,342 Pós-praia perfil 1 18/2/99 2,64 2,68 0,35-0,12 1,16 0,54 perfil 2 7/6/99 2,28 2,27 0,43 0,02 0,98 0,5 MÉDIA 2,46 Base duna perfil 2 11/8/98 2,38 2,35 0,39 0,02 0,95 0,49 perfil 1 18/2/99 2,53 2,56 0,36-0,11 0,81 0,45 perfil 4 22/4/99 2,48 2,45 0,32 0,13 0,75 0,43 perfil 2 7/6/99 2,53 2,56 0,34-0,12 0,75 0,43 MÉDIA 2,48 Duna perfil 2 11/8/98 2,61 2,66 0,32-0,16 0,96 0,49 perfil 9 18/2/99 2,5 2,51 0,36-0,1 0,81 0,45 perfil 4 22/4/99 2,66 2,69 0,31-0,14 1,22 0,55 perfil 1 18/2/99 2,58 2,62 0,36-0,08 0,92 0,48 perfil 2 7/6/99 2,44 2,43 0,4-0,06 0,89 0,47 MÉDIA 2,56
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