Evolução e dinâmica atual do sistema cárstico do alto vale do rio Ribeira de Iguape,...

rNSTtruTo

DE

GEoclÊruclRs

DED4LU"S

-Äcervo

- tGG

EVOLUçAO

E

DINÂMICA

ATUAL DO

SISTEMA

CÁnsTICO DO ALTO VALE DO RIO

RI-BEIRA

DE

IGUAPE, SUDESTE

DO

ESTADO

DE

SÃO

PAULO

iltililtililillllilililllilllillllilllilllilllllilllilllil

3090001

7630

lvo

Karmann

Orientador: Prof.

Presidente:

Examinadores:

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Dr.

Georg

Roberl

Sadowski

COMISSÃO

JULGADORA

nome

ass.

TESE

DE

DOUTORAMENTO

Dr.

G. R.

Sadowski

Dre M.Szikszay

Dr. R.Hypótito

Dr.

I;J.

L. Ponçano

Dr. C.L.Macief Fitho

SÃO

PAULO

understanding

becomes

an

art,

matured

only through

experience;

and

then

appligd

SUMÁRIO

Índice de figuras Indice de tabelas Índice de fotografias Lista de anexos Resumo

Abstracl

Agrad'ecimentos

CAPÍTULO

I

-Introdução

1.1 Apresentação do tema de trabafho 1.2 Seleção daârea estudada

1.3 Objetivos da pesquisa e organi zaçã.o da tese

1.4 Métodos e técnicas

CAPITULO

2.

Fisiografia

e geologia da

região

de.estudo

2.1 Contexto geológico regional e local da área estudada

2.2

Sítuação geomorfológica da área de estudo 2.3 Hidrografia e ambiente atual

2.4 As rochas carbonáticas do

Alto

Ribeira

CAPITULO

3

-Drenagem

superficial

e

formas

de

relevo do Carste

do

Alto Ribeira

3.1 Arcabouço geológico e aspectos gerais da morfologia cárstica Á¡ea carbo nâticaFurnas S antana

Á¡ea carbonática Lageado Bombas

3.2 Zoneamento

morfológico

das áreas de amostragem

3.2.I

Zonafluvial

3.2.2 Zona de contato

3 .2.3 Zona fluviocárstica

3.2.4 Zo¡a de

depressões

poligonais

e

a

transição

de

fluviocarste'

para

carste poligonal

3.2.4.1 Depressões poligonais e a paleodrenagem

fluvial

3.3

Morfometria

das áreas de amostragem Densidade de depressões

Índice de dolinamento Razão de dolinamento

Densidade de sumidouros autogênicos

Í¡dice

de zumidouros autogênicos Profundidade das depressões Área e perímetro de depressões

3.4 Condicionamento estrutural e

hidrológico

do relevo

3.4.1 Geologia estrutural das á'reas de estudo

Definição'da zuperfi cie dobrada

Sistema de fraturamento. Medidas de juntas e falhas

3 . 4 .2 Expressão fi sio gráfi ca de estruturas planares

il f. I t,, !::. t,. t: t. lr I i:: i Ë

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F I 1 5 5 7 13

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21 24 25 28 30 33 45 50 53 53 54 54 55 55 57 60

r6l)

61

*\

CAPITULO

4.

A

drenagem

subterrânea

e a evolução de sistemas de cavernas 4.1 Introdução

4.2 Distribuição

e

caracteristicas fisicas gerais

dos

sistemas de cavernas nas

investigadas

4.2.1 Distribuição de sistemas de cavernas

4.2.2

Areas de captação dos sistemas de cavernas

4.2.3

Gradiente hidráulico dos sistemas de cavernas

4.2.4Exretsão

de cavernas acessíveis ao

longo

dos sistemas 4.3

Modelo

espeleogenético para o carste do

Alto

Ribeira 4.3.

I

Aspectos teóricos da espeleogênese

¿.¡.2 Morfologia

e características lito-estruturais das cavernas estudadas 4.3.2.1 Geometria planimétrica

Cavernas curvilíneas e sinuosas Cavernas retilíneas e angulosas Galerias e salões de abatimento

Relação entre sinuosidade e largura de

fluxo

4.3.2.2 Geometria em seções longitudinais e transversais Entalhamentos vadosos

Alargamento freático

Formas geradas _Pela incasão

Níveis de

cavernas

,

4.3.2.j

Condicionamento estrutural e hidráulico da morfologia subterrânea 4.3.3 Espeleogênese na área de estudo

4.3.3

I

Fase ile pré-iniciação

4.3.3.2

Fase de iniciação

4.3.3.3

Fase de desenvolvimento

4.3.3.4

Rebaixamento do nível de base

e

desenvolvimento da espeleogênese

4.4 Cronologia da evolução de condutos 4.4.1 Introdução

4.4.2Taxas de entalhamento subterrâneo e a idade do sistema

cárstico

estudado 4.4.2.1 Localização e descrição dos pontos amostrados

4.4.2.2 Resultados obtidos

Taxas de entalhamento

fluvial

subterrâneo

Estimativa da idade

de

condutos

e

dos

vales adjacentes

ao

sistema de

cavernas Pérolas- S antana

4.5 Evolução do sistema cárstico num quadro geomorfológico regional 4.7 Conclusões

CAPÍTULO

5

-Dinâmica moderna

do sistema

cárstico

do

Alto Ribeira

5.1 Introdução

5.2

Hidrologia

cáLrstica do sistema Pérolas-Santana

5.2.1Medição

de vazão Métodos utilÞados Resultados obtidos

5.2.2

Aníirse do fluviograma da ressurgência do sistema Pérolas-Santana 5.2.3 Batanço hídrico e área

de

captaçio do sistema Pérolas-Santana

Volume

de PreciPitação

Volume de ãgua-escoada pelo sistema e sua área de captação

AF€AS 80

8l

81 85 86 86 87 87 90 90 90 92 92 93 94 94 103 103 104 107 119 119 119

r28

136 137

t37

138 139 145 148 150

t52

r57 l., t::

l.. ,

!.

t

i:'r

'

i

i

Evdiiotranspiração

173

.'

Balanço hídrico da bacia do sistema

Pérolas-Santana

1'73

5.3 Hidroquímica do carste do

Alto

Ribeira

175

'

5.3.l

Amostragem e parâmetros hidroquímicos

medidos

176

5.3.2 Parâmetros hidroquímicos

derivados

l'77

Durezatotal

177

',,.

Condutrividade específica corrigida para

20oC

177

.,

aondutividade específica e dureza

total

178

:

_{Razão molar}

_{cálcio/magnésio}

l'79

i

Índices de saturação em calcita

(Sf

e dolomita

(S1¿)

179

Pressão parcial de

CO2

119

Erro

de balanço iônico

(ßE)

180

5.3.3 Fácies hidroquímicas do carste

estudado

180

,

Escoamento superficial

alogênico

181

Escoamento superficial

autogênico

182

Escoamento superficial

fluviocárstico

182

Percolação autogênica vadosa em

fissuras

183

Percolação autogênicavadosa em

condutos

183

Circulação freáttica em condutos

profundos

183

Ressurgências

cársticas

185

5.3.4 Evolução geoquímica das águas do sistema cárstico

estudado

186

5.4 Dinâmica corrosiva do sistema cárstico

Pérolas-Santana

195

5.4.1 Taxa de saturação de águas

alogênicas

195

,

_{5.4.2 Variação}

sazonal dos índices

de

saturação

em calcita

e

dolomita de

águas

c¿irsticas

196

5.4.3 Tæia de denudação química da bacia do sistema

Pérolas-Santana

200

5'5

conclusões

208

CAPÍTULO

6.

i: :

I F '¡,

t

'L',_i

I_¡:'

t..

:l:.l:

t:

't_j:.;

LI t"

_:-.i

L

l:l 'i

l:

t: I

t,

t. 't. .

i

t:

t, l,

.¡

I'

Considerações

finais

REFERÊNCIAS

212

Figura 1.1

Figura 2.1

Figura 2.2

Figura 2.3

Localização. acesso

e

demarcaçao da área estudada. Os terrenos cársticos

delimitam-se pelos sumìdouros.

Contexto geológico regional da átrea estudada, ressaltando

a

ocorrência de rocha-c carbonáticas

Contexto geológico local rlac á¡eas carbonáticas esn¡dadas.

Seção geológica simpliñcada

do

Subgrupo Lageado na região estudada.

Adaptada de campanha (1991). Legenda das unidades litológicas e localização

da seção indicadas nañ9va2.2.

Classiñcação química das rochas ca¡bonáticas do sudeste paulista. com base no

diagrama de Martinet

e

Sougy (1961). Análises químicas de CaO e MgO

obúdas em: Souza (1990). faixa carbonática ltaiacoca. Barbieri (1993)' faixa

carbonática Lajeado e MlvLdl/[CA (1983). faixa cãrbonáúca André Lopes.

Delimitação

e

denominação das áreas carbonáticas esnrdadas.

+l-

Bairro

Furnas. *2- Caverna Santana, *3- Bairro Lajeado. *'1- Baino Bombas.

.

Seções da área Furnas-Santana. l-1'. seção longitudinal. sem exagero vertical.

2-2'

e

3,3'. seções transr-ersais, com exagero l'erlical de

2x.

Localização indicada na ñg 3.1

-

Seções da área Lajeado-Bombas. 4-4'- seçâo longrtudinal. sem exagelo vertical.

5-5'- seção tranwersal com

2x

de eragero vertical. Localização das seções

.

indicada na fig 3.1

-

O abismo Ponta de Flecha no contexlo da inversão de relevo causada pela

retração das encost¿s do vale do

rio

Betari, bairro da Serra, á¡ea Lajeado' Bombas.

-

Perfis compostos de vales cegos. Gradiente médio indicado à esquerda

-

Seção

da

caverna Lage dos Macaquinhos, representândo

um

salão de

desmoronamento associado â um paleo-sumidouro' Borda NE da íneaLageado

Bombas.

-

Evolução esquemática de polies de contato.

A'

Fase iniciai de exposição dos

calc¿írios. escoamento zuperficial

fi.)

predomina¡te' B- Desenvolvimento de

condutos subterrâneos

e

infiltração

(I)

crescente.

C-

Condutos integrados.

rebaixamento do N.A.

e

absorção total de

R

atrar'és de sumidouros, com

instalação de vales cegos.

D-

Incisão mais proñmda

de

vales cegos,

entalhamento vadoso sobre condutos subterrâne¡S

e

retração

da

encosta calcá¡ia por colapso de cavernas.

E-

Desenvolrimento de planície aluvial'

colur.ial sobre os calcários. caracterizando o polje de contato

-

Eremnlo de potie de contato, junto ao sumidouro principal do sistema de

."rr.á",

Água Suja. Topografia extraída da carta

Ul2.

l:10.000, DAEE.

1957.

-

Exemplo do padrão planimétrico de depressões poligonais simples da região Furnas-sa¡rtana. P- irofundidade da depressão. contornos extraídos da folha

Vl2.

l:10.000, DAEE, 1957'

Figura 2.4

Figura 3.1

Figura 3.2

Figura 3.3

Figura 3.4

Figura 3.5

Figura 3.6

Figura 3.7

l0

Figura 3.8

1'7

Figura 3.9

l9

20

22

2',7

29

29

3l

Figura

3.ll

abatimento que d4 acesso ao sistema de cavernas A¡eias. Extraído da folha

wl2.

1.10.000, DÄEE, 1957.

Representação esquemática dos tipos fundamenøis de formas de absorção do escoamento superficial em ñrndos de depressões poligonais na região estudâda.

A-

inñltração difusa

ao

longo

de

fratwas alargadas

por

dissolução e

colmatarlas com material residual.

B-

inñltração concentrada ao longo de

condutos verticais abertos (abismos). C- absorção direta do escoamento por

condutos de sistemas de cavernas.

Seção esquemática representando

a

ssociação de formas

de

absorção do

escoamento zuperficial em depressões poligonais. 1- Dolina de dissolução associada a rota de drenagem subterrâ¡ea eficiente. 2- Atual câverna vertical (abismo) representando antigo fundo de depressão com

tÐú

de ampliação

menor. 3- Fendas de dissolução na zona epiciírstica. 4- Rota de infiltração

vertical concentrada sobre descontinuidades. 5- Linhas de flu¡io geradas pelo

cone de rebaixamento do lençol frerítico. 6- Condutos associados à rede de

drenagem subterrânea.

7-

Superñcie

da

rocha entalhada

por

sulcos de

dissolução (karren cobertos). 8- Inñltração vadosa difusa na zona epicárstica.

9- Solo

Representação esquemática

da

evolução

de

um

conjunto

de

depressões

poligonais, auavés

do

modelo

de

competição

e

coalescência, gerando ãepressões compostas a as associações de dolinas de dissolução e abismos, com

inversão de relevo. A a E, seções e A' a E', vistâ em planta.

A- Sinração pré+arstifi cação.

B- Início de carstificação e aumento de permeabilidade secund:iria.

C- Instalação de um cone maior de rebaixamento do lençol freatico sobre a rota

preferencial de drenagem subterrânea.

X

marca

a

depressão com taxa de

ampliação maior, devido a sua conexão com a drenagem subterrânea.

D-

Englobamento

de

depressões menores pela depressâo com

tara

de

ampliação maior (formação de depressões compostas).

E- Èrosâo de solo e detritos acumulados ao longo das rotas de inñltração de depressões menores inseridas no raio do cone de rebaixarnento do lençol

arioci^¿o à depressão maior. Iniciação de dolinas secunÛárias (S) devido ao

rebaixamento do lençol

e

conexão de rotâs de inñltração com condutos

subterrâneos. Inversâo de relevo (I)- com a localização de antigos firndos de dolinas nas encostas de depressões maiores.

seções longiodinais dos abismos

do

Fóssil

(A)

e

dos c¿ramujos (B),

localizados na area carbonática Lajeado-Bombas. Adaptados de Gusso, et. al'

(19?9)

e

Collet

et- at.

(1970).

As

entradas destas c¿vernas verticais representam antigos ñrndos de depressões.

Fluxograma do processo de desenvolvimento

e

ampliação

de

depressões

poligonais atraves do fenômeno de realimentação.

l.

2.

3

=

linhas de

iealiment^çao positiva. Adapødo de Williams (1985)'

Depressões secunÛárias Qinha tracejada) contornando a de,pressão principal.

Exãmplo extaído do mapa morfológico da iárea Lajeado Bombas

Figura 3.12

Figura 3.13

1t

Figura 3.14

38

Figura 3.15

Figura 3.16

42

42

43

Figura 3-17

f

Seqüência evolutiva de depressões poligonais a partir da drenagem fluvial.

A- Fase inicial de exposição dos metacalcários. Drenagem zuperficial ativa e

lençol freatico r¿tso.

B- Drenagem superficial parcíalmente ativa. Instalação de pontos de absorção do escoamento superficial. Rebaixamento do lençol freático sobre estes pogtos.

C- Drenagem superñcial segmentada. Instalação de dolinas de dissolução.

Desenv-olvimento de divisores entre sumidouros.

D-

Ampliação dos úivisores entre sumidouÍos e estahlecimenlo de bacias

poligonais fechadas.

Interpretação do traçado da paleodrenagem fluvial da

fua

Furnas-Santana. 1-Ressurgência do córrego Grande. 2- Ressurgência do corrego do Grilo. 3-Ressurgência do córrego Roncador (caverna Santana).

4-

Ressurgência do

córrego Água Suja. 5- Ressurgência do córrego do Couto.

Interpretação do traçado cla paleodrenagem da

fua

ca¡bonática

lajeado-Bombas. 1- Ressurgência da corrego seco. 2- Ressurgência do córrego Ouro G¡osso. 3- Ressurgência do córrego Alambari. 4- Ressurgência do

lago

do

Bairro da Serra. 5- Ressurgêncii do córrego das Águas Quentes (sistema

Areias).

Variação do gradiente médio (G) em funçâo

do

comprimenlo de vales cegos

(^L). 21 medidas.

Distribuição das proñrndidades de depressões poligonais do carste do Alto

Ribeira.

A-

¡írea Lajeado-Bombas, 83 medidas. B- áre¿ Furnas-Santan4 23

medi¡las. C- total das medidas de arnbas as áreas. Cun'as de distnbuição exponencial e normal obtidas através do programa Statgraphics'

Histoglamas de freqtiência e cunas de distribuição da área (A) e perímetro @)

das depressões poligonais da ¡írea carbonática Lajeado-Bombas'

Átea versus perÍmetro das depressões poligonars da região Lajeado-Bombas, 351 pontos, obtidos na escala 1:25.000'

projeção estereográñcr ¿.r msdirtas de descontinuidades da área carbonática

Furnas-Santana.

Os

círculos máximos

em

B a F

mdicam

as

atitudes

predominantes.

Projeçâo estereográfica das medidas de desconûnuidades da iirea cartonática

u¡äaoo-nomt*.

or

círculos máximos em

B

a F

i¡dicam

as

atitudes

predominantes.

Representação esquemática da geometria em planta do silema de fraturamento

¿ai areas carbonáúcas estudadas, com interpretação da posição do esforço de compressão máxima (o1) em relação ao dobramento'

Histogtamas do comprimento de fotolineamentos acumulados em

ñrnso

da

direção.

lnterpreøção do condicionamento estrutufal dos principais alinhamentos de

sumi¿ouoi autogênicos nas áfeas Furnas Santana

e

Lajeado Bombas' Alinhamentos extfaídos dos mapas morfológicos. AC- acamamento, FR- junta

simpleslonga,FL.falha,DP-contornoaproximadodedepressãopoligonal.D-dique biisico.

Localização

dz

zona de conc€ntfação de condutos c'á¡sticos com relação à

topografia.Cortetransversala:ireaFurnas-Sant¿na'setorsul'A-7'onade

carsie potigonal B- Zona de ûansição de flrn"iocarste pafa cafste poligonal.

Figura 3.18

Figura 3.19

Figura 3.20

Figura 3.21

Figura 3.22

Figura 3.23

Figura 3.24

Figura 3.25

46

Figura 3.26

tr'igura 3.27

Figura 3.28

49

Figura 3.29

i

Figura 4.1

Figura 4.2

lnterpretação do condisionamento hidrológico da dimibuição preferencial de

silemas de cavernas ao longo do contato sE dos

metacalcários.

84

Padrões em planta dâs rotas fluviais subterrâneas dnç cavernas

da

área

estudada. As setas indticam

o

sentido do fluxo principal de água

e

(S) a

sinuosidade destas

rotas.

9l

Figura 4.3

Figura 4.4

Definição dos parâmetros planimétncos extensão e largura da faixa de flruro'

Sinuosidade em função da largura de fluno das cavernaç estudadas' Coeficiente

de correlação 0.91

e

n2

Ae 95o/o. com modelo line¿r de correlação, sem

corsiderar a caverna Santana.

Classiñcação geométrica de seções transv'ersâis no plano vertical' L, largura:

H. altura e F. traço de frarura.

Sções transv'ersais da car-erna Santana. Traços Çontomando seções indicam o

,"árrr"*"to.

Canyon çadoso.CV; conduto freático, CF. salão de abatimento.

SA: conduto retångular. CR e conduto triangular, CT'

.

seções tranwersais da caYerna Laje Branca. can-r-on radoso,

cv;

conduto

freático, CF e salão de abatimento, SA; traço de falha'

f

.

Seções ûansversais da c¿r-erna Areias. Canyon vadoso. CV; conduto freático'

CF e salão de abatimenro. SA, traço de fratura, F'

-

Perñl longitudinal simplificado da caverna Santana- rndicando a variaçâo do

topo do enblhamento r-adoso.

-

Exemplos de condutos verticais.

A-

Ca'erna ÁgUa Suja.

B-

Caverna Ouro

Grosso. C- Caverna Santana'

-

Formas geradas pela incasâo na caverna Água Suja'

-

Características

de

sistemas multifásicos sþ5s¡'¿rlaq

no

sistema Pérolas

Santana.

-

Conûole da sinuosidade de rotas de condutos pela relação ângulaÏ (a) entre a direção do padrão de descontinuidades (fraturas e/ou planos de estratificação) e

o

gr"di*rË

hidráulico. Para simpliñcação da análise- utilizou-se um padrâo

oiogonat de descontinuidades venicais. Conceito adaptado de Worthinglon (1ee1).

-

Geologia estnrfiral da car-erna Santana. A- Plantâ da car-erna' B- Histogranma de dirãções do desenvohimento da caverna.

c

q D- Projeção estereográfica de estruturas Planares'

-

Esquema interpretativo do condicionamento estfutura-l-hidfáulico do padrâo

angrrloso de ramos tribwários da calerna Santana'

-

lnflexões agudas na fota de fluxo condicionadas pela intersecção acamamento'

falhas, observadas na cå\'erna santana. Esquemas A e B em planta.

.GeologiaestruturaldacavernaLageBrarrca.A.Plantadacaverna.BeC. Diagramas

de

projeção estereográñca'

D-

Histograma

de

direções do

desenvolvimento total da caverna'

Figura 4.5

Figura 4.6

vii

Figura 4.7

Figura 4.8

Figura 4.9

Figura 4.10

Figura 4.11

Figura 4.12

Figura 4.13

92

Figura 4.14

93

, Figqra a.15

Figura 4.16

Figqra 4.1?

l

Figura 4.18

Figura 4.19

GeologiaestruturaldacavernaAreias.A.Plantadacar'erna'BeD-Projeção estereogtáfica

de

estnrturas planares'

C'

Histograma

de

direções do

desenvolvimenlo total da

caverna'

116

Caráter meandrante da caverna A¡eias em torno do gradiente hidráulico'

,.ño¿o

falhas e nator"s longas medírtas. Segmento

aå

indicado na fgura

4.184. Vide comentário no

texto'

-

118

Características morfológicâs

e

estrururais de proto<avernas observadas na

caverna Santana.

A- seção transv'ersal indicando os poffos de observação' localizada a cerca de

300m a montante da ressurgência'

B-

visø

e*

ptarrø d^

g.":*.t

ia

de condutos de iniciação e canalículos de

anastomose. observados ão t"to de conduto frelåtico parci¡lmente preservado.

C-

esquema tridimensional da relaSo entre proto-caYern4 canalículos de

anastomose e cone de dissolução, presewados no teto do ponto observado. As

setas indicam o

n*o

at _'igu" ãe percolaÉo ao longo de

descontinr:idades'

127

.ProfunclidadedecondutosdacavernaSantanaemrelasoàsuperñcie.(Seções

localizadas n"

pf*t"ã

taverna no lado inferior

direito)

122

-

Diagrama da corrosão de mistura aplicado as águas do sistema Pérolas

Santana.Acompanharexplicaçãonote\lo.AdaptadodeDrq-brodt(19slb).123

_

Linhas de

fluio

condicionadas pelo mergulho da zuperñae de acamamento

(adaptado de rWorthington' 1991)'

À- miciaçao de condulos condicionada somente pelo plano de acamamenlo'

g-

r"iaáção de condutos condicionada pelas intersecioes acamamento -fraturas, gerando rotas côncavas esc¿lonadas de condutos'

Dx- profundidade máxima de condutos'

Lx'extensão da area de caPtação

i- pontos de injeção' R- ponto de ressurgência'

Lf- largura da rota de fluxo'

L- ünh; de fluxo tla água subterrâne¿

126

0- mergulho do Plano de acamamento

.Profundidademérliadefluxo@m)emñrnçãodaex:tensâodaâr.eadecaptação do aqüúfero (Lx) e mergulho da estratiñcação

(0)'

*

medidas da caverna santana. Demais pontos extraídos de worthington

(1991)'

12',7

.Representaçãoesquemáticadalorfo]ogiaemseçãotran-sr.ersa]resultanteda

fase de ¿er"rrooL,t.rrto.

(l)

abaixo do lençol freritico. gerando"tubos fre'áticos

e (2), com rebarxÀento do lençol' acompadrando a ampliação do condulo'

gerando a

seção,f;;||;Ñ^rrnåo."

denominatl¿ de ''bu¡aco de

fechadura".

I29

Figura 4.20

Figura 4.21

ßigara 4.22

Figra

4.23

Figura 4.24

Figura 4.26 Esquema simplificado da evolução de condutos associados ao sistema de cavernas Pérolas Santana. em perfil longitudinal. Escala aproximada.

l-

Fase de Iniciação. lmplantação de proto+ondutos ao longo de uma rota de

flu:io côncara escalonadã,

a

umâ profundidade media de 200m¿, na zona

frøitica (ZF).

B- Fase de desenvohimento. Conerão de uma rota preferencial de condutos

freáticos entre a insurgência (I) e ressurgência (R), com coseqüente ampliação da zona vadosa (ZÐ.

C-

Ampliação de condutos fre'áticos

e

progressivo rebaixamento do NA.

Entalhamento vadoso @V) nos segfnentos convexos (ascendentes) de condutos

freáticos expostos acima do N.4.. Desenvohimento de fuvasões vadosas

(IÐ.

Iniciação de proto-condutos em níveis freáticos abaixo do conduto principal.

D- Fase avançada de desenvolvimenlo da espeleogênese. Conexão das invasões

vadosas com

o

sistema de ca-vernas desenvolvido. Ampliação das invasões

radosas, gerando condutos vrrticais

(C9.

Instabilizaçâo mecânica no maciço carbonático, causando modificação dos condutos acima do

N.4.,

através de

incasão (IN¡. Implantação de novas rotas de condr¡tos profundos. Paleo-ressurgência (PR) localizada em cotas acima da ressurgência ativa.

Esquema

da

interpretação da variação vertical (sinuosidade vertical) de condutos freáticos em fi:nção da variação de alnrra do canyon vadoso ao longo

do conduto principal da caverna Santa¡a. No ponto B ocorre a transição de canyon ladoso para conduto freatico

atlo.

Tipos de ampliações freáticas obsen'adas n¿¡s cavernas eÍudadaç.

a- alargamento freático preferencial sobre plano de fratura ou falha b- alargamento freiítico preferencial sobre plano de acamamento

c- alargamento homogêneo

d- alargamento frEático com dissolução preferencial de estratos mais solúveis,

produzindo seção irregular

e- seção freática inegular produzida pela corrosão de misura gerando cones de dissolução.

Interpretação do rebarxamento do nivel de água assocíado ao desenvolvjmento

de redes afluentes ao conduto principal da caverna Santana.

No

sistema

tributário de condutos.

a

morfologia freática

foi

parialmente preservada,

enqrylnto que no conduto principal, oco¡¡eu o ent¿lhamento vadoSO do canyon. Seções tranwersais da caverna Pescaria indicando os pontos amostrados pafa

geocronologia de caicita secunúária.

seção uanwersal à galeria do rio, junto ao ponlo de amostragem

cl,

na

caverna Santana, cerca de 200m da entrada.

Seção transl'ersal mostrando a situaçâo morfológica do ponto de amostragem

C2, cAverna Santana, enüoncamento dos caminhos pam o salão São Paulo e

galeria dos "Vulcões".

Seção transversal no ponto de coleta CA3, ca\¡erna Alamba¡i de Baixo.

Seção morfológica da caverna Morro Preto^ junto ao poffo de coleta Cl1'

Altura sobre o leito

flurial

atual versus a idade d¿5 amostfas datadas, com

indicaçâo dæ barras de erro. A inclinação das retas aþ<tadas fornece ¿rs tâxas de entalhamento fluvial para as cavernas estudadac'

Figura 4.27

Figura 4.28

Figura 4.29

Figura 4.30

Figura 4.31

Figura 4.32

Figura 4.33

Figura 4.34

Figura 4.35

130

13i

132

135

i40

742

143 744

145

(le7s).

l-

Entalhamento radoso de sistema-c õe cavernas.

2- Fase de iniciação de condulos freáticos.

3- Dissecação da zuperficie de aplainamento Japi (entalhamento do vale do rio

Betarj).

4- Desenvolvimento da superñcie Japi, segundo proposta deste trabalho.

5- Desenvolvimento da superñcie Japi, segundo Almeicla (1976). 6- Desenvolvimento da superñcie Japi, segundo Almeida (1964).

-

lndicação da idade máxima e mínima em relação à média.

Re.presentação esquemáûca da agradação do vale do rio Betari (no Bairro da

serra)

e

redissolução de estalagmites formadas sobre

o

leito

flrn'ial

de

afluentes subterrâneos do

rio

Betari, interpretados como sendo produto da

variação eustática do nível de base na área, duIante a ultima fase glacial. Demarcação pelos dil"isores topogïáficos das áreas de captação referentes às

bacias hidrogfráficas dos sistemas cársticos Pérolas-Santana

e

Grilo. com

localizaçâo dos pontos de amolragem hidroquímica

e

de instalação dos

limnóg¡afos.

Relação entre altura do rio e vazão para a ressurgência do sistema

Pérolas-Santana e sumidou¡o principal do sistema, caverna Pé¡olas.

Hidrograma da ressurgência do sistemâ de cavernas Pérolas-santana para o

período de I

I

dejunho de 1990 a 16 de março de 1992.

Hidrogramas de deflúvio com indicação dos coeficientes de recessão

(a)

da ressurgência da caverna Santana pafa os períodos de março a junho de

l99l

e

junho a agosto de 1991.

Totais mensais de chuva medidos no poslo pluviométrico Serra dos Motas

(baino da Serra, IPoranga).

Geometria da conexão subtenânea entre os sistemas Pérola-c-Sântana e Gnlo

interpretada em firnção do balanço hídrico da bacia Pérolas-Santana e o padrão de condutos da ánea.

Condutividade eqpecífica em função da dweza total das ágUas coletadas. Representação gráfica da variação dos principais parâmetros hidroquímicos dr s fácies hidroquimicas identifi cartas.

Figura 4.37

Figura 5.1

Figura 5.2

Figura 5.3

Figura 5.4

Figura 5.5

Figura 5.6

Figura 5.7

Figura 5.8

Figura 5.9

Figura 5.10

154

156

Perfil esquemático de

um

sistema cárstico com

hidroquímicas identificadas na área de estudo.

Variação do índice de saturação em calcita em relação à pressão parcial de

COz

nas fácies hidroquímicas identificadas.

l'

Fácies

de

escoamento

logenico, 2-Fácies de escoamento fluvioca¡stico, 3- Fácies de escoamento

autãgênico,

4-

Fácies

de

percolação vadosa

em

fissuras,

5-

Fácies de

p.r.õdção'u"dosa em condutos, 6- Fácies de circulação freádca profunda e

7-Fácies de ressurgência ciírstica.

Variação da dureza total em relação à pressâo parcial de COz nas fácies

hidroquimicas identifi ca¡f a s.

Variação

da

alcalinidade

em

relação

ao

pH

nas fácies hidroquímicas identificadas na áre¿ de estudo.

Figura 5.11

Figura 5.12

161

164

1ó6

769

t'|2

Figura 5.13

Figura 5.14

Alcalinidade em função do

pH

das amostras do

rio

Roncador na caverna

pérolas

(A).

do

escoamento flwiocárstico na planície do polje

junto

ao

rymaSuro da cav. Pérolas @) e da ressurgência na cåv' Santana'

Seção esquemática da superfici.

do.

*"t".alciírios nas encostas de bacias

poiigonaii fechadas most¡ando

a

morfologia da zona epicárstica (se$ündo

ã"nñiçao

de

Williams,

1985).

Rl-

escoamento superficial direto,

R2-"r"or*aoto

lateral na porosidade do solo, R3- escoamento lateral nÀ zona

.pi.*rti.".

Velocidacte

de

Rl>Rl>R3.

I-

infiltraÉo vertical,

I>i,

condicionando lençol fraitico temporiirio.

Alcalinidade em função do pH das águas de percola$o vadosa em fissu¡as.

Variação dos índices de saturação em calcita e dolomita ao longo da drenagem do sitéma Pérolas-santana- entre o contalo com metapelitos e a fessufgência do

sistema.

Pl-

sobre o contâto. P2 e P3 - sobre a planície do

plje

de contato,

P4-no início da caverna Pérolas e P5- na ressurgência do sisema, proximidades

da entrada da caverna Santana.

Variação sazonal do índice de saturação em calcita das águas da ressurgência

da caverna de santana e de percolação vadosa em fissura-s em função davazÃo do sistema de cavernas Pérolas-Santana'

Relação entre dureza total e r-azão da ressurgência do sistema Pérolas-Santana'

Coedciente de correlação 4.83. Envoltórias de 90 e 95 % de probabilidade.

Distribuiso de freqüência das análises de dureza total (mg/l equivalentes a

õ;Co3te;

ressurgêìcia da caverna Santana para o período de junho de 1990 a julho de 1991. Total de 23 amostras. média

:9'7.31mgl,

coeficiente de

"J¡ria"

_{vazeå ahø,média} = g.g7o. Os e baixa, três gmpos respectivamente, de freqüência correspondem aos da esquerda para direita'regimes de

Tæias

de

denudação cárstica

(D)

em função da precipitação efetiva ou

.r.ou*.tr,o da bacía @ -Ev), seg'ndo White (1984). Os ponros plotados foram

extraídos de

l-

Árriòo canadense, Smith (1962): 2 e 3- Polônia, Glazek e

Markoricz-Lohinovicz (t973):

4-

West Virginia.

EUa

Ogden .(1982);

5-irlanda, williams (1g63); 6- Butgaria. Markovicz, er. al. (19?2); 7- Montanhas

iat¡a,

þolôma, Glazek e Markãricz-Lohinivicz (19?3): 8- Nova Z'elãndia, Williams e Dowling (1919)- 9- Nova Znlãndta, Gurm (1981b); 10- Belize'

tlitt",

(1982); 1i-Gunung Vul,r, ttt¿asia, Sweeting (1979) e R- Allo Ribeira,

Brasit. ponto calcìrlado no presente trabalho'

variação da dureza total em ñrnção da vaz.ão na ressurgência da caverna

úñ;

pâra o periodo de 29t6/90

a

tgl6l91. coeficiente de correlação de

-0,88 e R2 :76.80/o.

Flu:io de massa equivalente

a

g/s

de

CaCO3 em função da vazão na

ressurgência da caverna Santana. Coef,ciente de conelapo tle 0.99 e R2 =

98,9o/o.

Írvurcn

DE

TABELAS

Distribuição quantiuuva rt¡s zonas morfológicas nas área-< esmdadas' FS' área

Furnas'santana; LB, iirea Lajeado-Bombas'

.

Parâmetros morfométricos dos vales cegos

Figura 5.15

Figura 5.16

Figura 5.17

Figura 5.lE

Figura 5.19

Figura 5.20

190

Figura 5.21

191

figura 5.22

r92

196

Tabela 3.1

Tabela 3.2

Tabela 3.3

198

r99

201

Índices morfométricos de sumidouros alogênicos e fessurgências das

Tabela 3.4

Tabela 3.5

Parâmetros morfométricos do carste poligonal do Alto Ribeira num quadro

compafativo com outfas á¡eas cársticas.

*

valôres calculados com os dados

pullicados pelos autores citados.

Atitudes médias dos principais conjuntos de descontinuidades das áreas de

estudo. Medidas exlfaídås dos elereogramas colfespondentes das figUras 3.24 e 3.25. Número ds medi.tas em parênteses

Características morfométricas dos principais sistemas de cavernas das areas

Furnas Santana (A) e l-ajeado Bombas @).

*

_{pa¡te do desenvohimenlo} de car-ernas extraídos de Martim, Chrysostomo e

Rodrigues, 1989.

Altitude em meüos sobre o nível do mar.

E>itensão

é

a

distância horizontal

em linha

reta entle

sumidouro e

ressurgência.

Desnível é a drstância vertical entre sumidouro e ressurgência'

Comprimento de condr¡ros

é

a

somatória do desenvolvjmenlo de cavernas mapðadas. Desenvolrimento é a somatória do comprimento de galerias e eixos maiores de salões, medidos em planta.

c/N-

é o

grau

de

cavernamento

do

sistema,

ou

seja,

a

tazÃo entfe o

comprimento de condutos acessíveis e a exlensão.

a. b, c são índices referentes à diferentes tributlârios do sistema' Á¡e¿s de captâção de escoamento superficial na região investigada.

* _{Á¡eas aflorantes de} metac¿lc¿irio menos as zonas fluviais'

Fração de condutos acessíl'eis ao longo da extensão (ÂL) dos sistemas nas áreas estudadas.

Parâmetros morfométricos planimétricos das principais cavernas

da

¿åre¿ estudada. Medidas obtidas sobre mapas 1:500 a 1:1000 dâq cavernas,

Variação do acamameilo nas cavernas de Santana e A¡eias (de cima e de

barxo). Entre parênteses sâo indicados os números de medidas'

Profrrndidades de condutos

de

imciação

e

extensões de rotas complelås

sistemas de cavernas. N{edidas

I

a 16 foram extraídas de Worthington (1991)'

Resultados das aniílises

de dataso

Th/u,

realizadas

no

laboratório de

geocronologia dos Deparramentos

de

Geogafia

e

Geologia da McMaster

Úniversity.-Hamilton

Canadii.

(

)*

Porcentagem de eno indicada entre

parênteses.

Tæias de entalhamento radoso vertical para as carvern¿¡s amostradas no Alto Ribeira.

Quadro comparativo enÎIe taxas de entalhamento fluYial zubterrâneo de

diferentes regrões ciirsticas.

vazões medidas na ressurgência da caverna santana e na caverna Pérolas

(respectivamente, les$ugência e sumidou¡o principal do sistema de cavernas

È¿råm - santana).

*

çaz.o<,s metlldas|!(!nÐnt€ crlill o r¡réicido de dilu.içlio de

s;.il. Altura do rio medida sobre

a

régua de referência instalada para cada limnógrafo.

Pa¡âmetros hidrológicos de vaz.ão do sistema Pérolas-santana. As vazões e

;i"*a,

calculados:enyoh,em um efïo de até l2%o devido à incerteza desta ordem de grandeza nas medições de vazão'

Tabela 4.1

Tabela 4.2

Tabela 4.3

Tabela 4.4

:.

Tabela 4.5

Tabela 4.6

Tabela 4.7

51

62

Tabela 4.8

Tabela 4.9

Tabela 5.1

Tabela 5.2

Tabele 5.3

Tabela 5.4

Tabela 5.5

Classiñcação de nascentes cárstica-c em função das caracrerísticas da vazão

(adaptado de Worthington,

l99l).

Coeficientes de recessão calculados'parâ a ressurgência da czwerna Santana.

Parâmetros fisicoquímicos medidos e calculados pafa a-c fácies hidroqJmica

identificadas

no

sistema c'árstico estudado.

*

-

valores do coeficiente de

variação não calculados

Classificação química das rochas carbonáticas da fuea carbonática Furna

Santana. Anrílises químicas extfaídâ de Barbieri (1993).

*

Composição média

de 3 aniilises.

I

= valor médio,

c\¡

:

coeficiente de variafo, a = variação.

(

) número de aniâlises. CaO e MgO em o/o em peso na rocha'

Relação do fluxo de sólidos dissolridos (g/s equivalente a CaCO3) em ñrnção do regime devazÃo da ressurgência do sistema Pérolas-Santana'

Relação dos períodos com vazão alta médía e barxa e os totais correspondentes em volume escoado (I4 e massa equir-alente a CaCO3 remorida em solução (Z'

Q

pelo sistema Pérolas-Santana durante o período monitorado'

Quadro resumido das taxas de denudação química calculadac segundo métodos diferentes para a bacia do sistema Pérolas-Santana

ÍNucr

DE

FoToGRAFIAS

Estratificação

ritmica

de

camadas carbonátcas. pelítico<arbonáticas e

peliticas, úpicas da érea Furnas-Sa¡rtana. Vista da parede lareral da galeria

principal da caverna Laje Branca.

Paredões calcá¡iOs associados a vales cegos' característicos do contato entre metapelitos e metacalcários. VaIe cego da caverna Laje Bralca. contato SE da área Furnas-Santana.

Exemplo de cone cárstico. Á¡ea Furnas-Santana, l-ista da esEada Apiaí

'

Iporanga, do mirante da serra da Boa Vista'

Dolinas de subsidência em frmdos de depressões poligonais. sudeste da área

Lajeado-Bombas.

Tabela 5.6

Tabela 5.7

Tabela 5.8

Tabela 5.9

Foto 3.1

Foro 3.2

Foto 3.3

Foto 3.4

Foto 3.5

'Foto 4.1

Foto 4.2

Foto 4.3

Foto 4.4

Foto 4.5

16',7

170

r8l

186

Vista típica de cones cársticos que delimitam depressões poligonais.

Lajeado-Bombas, local denominado Sítio Novo'

Espeleotema tipo "pata de elefante". ponto P3 da caverna Pescaria.

206

-

Ponto de amostragem

cl.

cal'efÏla santana, local con-hæido como Pat¿ de Elefante

-

Bloco abatido de escorrimento calcítico de onde se exlraiu a amostra c2'

-

Vista do escorrimento calcítico suq}enso', ponto CA3. indicado pela seta, caverna Alambari de Baixo.

-

Aspecto do nivelamento de cristas na ârea estudada, correlacionado à superficie Japi' Vista do vale do rio Bet¿n do mirante d¿ Serra da Boa Vista, esU-ada Apiaí - Iporanga'

Foto 5.1 Vist"a do limnógfafo instalado na ressurgência do sistema Pérolas-Santana, a

cerca de l00m da enúada da caverna Santana.

A

esquerda do limnógrafo

oberva-se a régua de referência.

LISTA

DE

ANEXOS

Mapa estrutural da :área Furnas'Santa¡a.

Mâpa estrutural da iírea Lajeado-Bombas'

Mapa morfológico da área carbonática Funas-Santåna'

Mapa morfológico da área carbonática t ajeado-Bombas' Anexo 3.1

Anexo 3.2

A¡exo 3.3

Arexo 3.4

Anero 3.5

Anexo 3.6

Anexo 4.1

Anexo 4.2

Anexo 5.1

,Anexo 5.2

Ane¡o 5.3

Znneamento morfológico das áreas cartonáticas Furnas-Santana e Lajeado-Bombas.

Perfil longitudinal composto do rio Betari.

Mapa geoespeleológico da caverna Laje Branca

Distribuição de sístemas de cavernas nas ¿íreas carbonáticas Furnas-Sanøna e

Lajeado-Bombas.

Registro de variaçâo do nível do rio na ressurgência da car-erna santana'

Exemplo de cálculo de vaz.ão pelo método de diluição de sal alravés do programa elaboiado por l(armann (1989) em Turbo Pascal 6.0 (profissional).

Lisøgem das aniålises químicas das amostras de água coletadas e de seus principais

p"rãrã"Oo, calculados. SI. = íodi". de saturat'o em calcira, SI¿

:

inclice de san'ação em dolomita, SATC e SAT¿

:

pofcentagem de saturaçâo em calcita e dolomita' IBE = erro de balanço iônico.

Listagem da dureza total (mgll equivalentes a caco3), condutiridade corrigida para 20oC e razão mola¡ Callr4g das amostras de água coletadas'

Anexo 5.4

¿

Estudou-se

do

ponto de vista

geomorfológico,

geoespeleológico,

hidrológico

e

hidrogeológico,

uma área com

terrenos cársticos desenvolvidos

sobre

metacalcários,

metacalcários

dolomíticos

e

magnesianos,

de

idade proterozóica

média, pertencentes ao

Grupo Açungui.

A

área

localiza-se

no

alto

vale

do

rio

É.ibeira

de lguape, entre

os ç-,

municípios de

Apiaí

e lporanga, zudeste do Estado de São Paulo.

O

mapeamento

geomorfológico

permitiu

identificar

uma

seqüência

evolutiva

da paisagem cárstica,

a

qual

inicia-se

com

um

sistema

fluvial,

onde

os

vales

da

drenagem superficial são gradativamente segmentados com o tempo, através da implantação de bacias de drenagem fechada,

cujo

desenvolvimento

levou à

formação

de

carste

poligonal.

Esta transição

da

paisagem

fluvial

para

a

cárstica

levou

à

definição das

zonas morfológicas fluviocá.rstica, de transição (com bacias poligonais compostas) e a de carste poligonal (com

bacias poligonais simPles).

O relevo

cárstico

é

estruturalmente condicionado, onde

os

sumidouros (fundos de

depressões

poligonais)

instalaram-se preferencialmente

na

intersecção

entre

planos

de estratificação, juntas e falhas. Estes pontos de absorção do escoamento autogênico

alinham-se preferencialmente sobre traços de acamamento, em situações de mergulho

alto

deste e, predominantemente sobre tfaços de fraturas longas e falhas, no caso de mergulho moderado

a baixo

fls

¿ça¡namento.

propõe-se _{a evolução do conjunto de} depressões poligonais através do processo de competição

e

coalescência

entre

estas

(taxas

de

ampliação diferenciadas),

o

qual

gera

_'

inversões

de

relevo,

onde

antigos

fundos

de

depressões fechadas

hoje

localizam-sê em *t'

cristas.

Este processo

é

acompanhado

pelo

mecanismo

de

geraçãö

múltipla,

onde depressões maiores

com

drenagem subterrânea mais eficiehte, deflagram

a

instalação de

depressões menores, vizinhas e sobre a maior'

A

morfometria do relevo

levou

à conclusão de que

o

caÍste estudado é semelhante

ao

carste

poligonal

da

Nova

Guiné

e

Jamaica,

com

zonas

de

alto

grau de

carstificação, apesaf das condições climáticas distintas

do

Alto

Ribeira, em

comparação

com

aquelas

áçças.

Na

área caro-onática encaixante

do

sistema de cavernas Pérolas-Santana, a zona de

carste poligonal

mais

desenvolvida

é

associada

à

concentração

de

condutos

em profundidade nas proximidades da linha de contato SE da faixa carbonática'

O

mapeamento

geológico de

cavernas evidenciou

que entre

o

grande

número

e varieddde

de

descontinuidades presentes

na rocha

metacarbonâtica,

as

estruturas

*dt

-,

favoráveis

para

instalação

de

condutos são

os

planos

de

estratificação,

fraturas

simples

/ longas e falhas.

grau

de

sinuosidade

de

condutos subterrâneos

é

controlado

pelo

ângulo agudo

entre a

direção

do

gradiente

hidráulico

e

a

deseontinuidade favorável para instalação

do

conduto.

Quanto

maior

for

este

ângulo,

tanto mais

sinuosa será

a

rota

de

condusos

da

água

subterrânea

A

iniciação de proto-cavernas acompanha linhas de intersecção entre

o

acamamento e fraturas simples longas e falhas.

O

sistema de cavernas Pérolas-Santana segue

o

modelo de

Worthington

(1991),

o

qual prevê que

a

profundidade média

(Dm) de

iniciação de

condutos

freáticos (abaixo

do

N.A.)

segue

uma função

exponencial,

onde

a

base desta

função é o

produto

entre o seno do ângulo de mergulho da estratificação(senO) e a distância

(Ix)

entre

o ponto

de insurgência e ressurgência da

rota

de condutos em iniciação

(obteve-se a função

Dm=(Zt

sen

0)"')

A

fase

de

desenvolvimento

da

espeleogênese

na

í¡rea estudada

produziu

canyons

vadosòs

com até 50m de

entàlhamento

vertical. Este

entalhamento

é

interpretado como produto de uma taxa moderada de rebaixamento do nível de base dos sistemas de cavernas,

o que por sua vez, seria reflexo de um soerguimento tectônico moderado da área. Com base

nas idades preliminares

Th/U

de

calcita

secundária sobre depósitos

fluviais

subterrâneos, :estimou-se _{uma taxa máxima média de entalhamento vadoso subterrâneo} de 0,0042cm/ano

(a2mmlka) Aplicando esta

tæ<a

de

entalhamento

vadoso

aos

canyons

subterrâneos ,observados na área, concluiu-se que os sistemas de cavernas da região encontram-se na fase

'de

_{derenrolvimento}

por

aproximadamente

1,7

Ma.

A

idade mínima

do

sistema

Pérolas-,,Santana, incluindo a estimativa teórica de duração da fase de iniciação, é em

torno

de 2 Ma

.

A

_{correlação deste entalhamento}

fluvial

subterrâneo

com

o

rebaixamento

do

canal fluvial

',r*1"*o

do

rio

Betari,

sobre metacalcários,

permitiu

estimar uma idade mínima

de

6,a-,i

'l,Ma. para o entalhamento do vale do

rio

Betari na área de estudo.

,

A

ressurgência

do

sistema

de

cavernas Pérolas-santana

é

do tipo

fluxo

total permanente (classificação de

Worthington,

1991), com razão entre vazdo máxima e mínima

'de

_{19,7 para}

_o

_ano

_{hidrológico de}

1990-1991. Os coeficientes de recessão

do

deflúvio do - escoamento

básico

desta ressurgência

refletem

um

aqüífero cárstico

com alto grau

de

,fi _{szuramento interconectado, segundo classifi} cação de

Milanovic

( I 976).

l,

Com base

no

cálculo do balanço hídrico

do

sistema Pérolas-Santanar comprovou-se

..queaareadecaptaçãodabaciaassociadaaosistema,definidainicialmentepelotraçadodos

ldiuiroræ

_{topográficos}

(14,8

km2) é insuficiente para aliment¿ìr

o

volume de água escoado

... l l / r . t ? -l

pela ressurgência, por um ano hidrológico. Ajustando o balanço hídrico, defi-niu-se uma área

rde captação

de

Z5,4kmz

para esta bacia. Comprovou-se assim, uma conexão subterrânea 'enJre _sistemas

_vizinhos

_de

_{drenagem subterrânea,}

_os

_quais,

_através

_de

uma

anáilise

l':convencional da rede de drenagem superficial, seriam independentes'_:

.a: ._

'.t,

Definiu-se

as

seguintes

fâcies

hidroquímicas p¿ìra

o

sistema

cárstico

estudado: escoamento

superficial alogênico,

esceamento

superficial fluviocárstico,

percolação

.

tuwogenira

_vadosa

_em

_{fissuras, percolação autogênica vadosa}

_{em condutos,}

_circulação

'

_fr.áti"u

em,

condutos profundos

e

escoamento

de

ressurgências cárstlcas.

A

evolução

'

meteórica enriquecida

eni

ácido carbônico.

Ao

longo

de rotas de

circulação

profunda

e localmente n& zona vadosa, a carstificação

pelo

ácido carbônico é provavelmente somada à

ação de ácido sulfi¡rico produzido pela oxidação de sulfetos

A

dinâmica

erosiva atual

do

terreno

cárstico

estudado

é

expressa

pela taxa

de

saturação em calcita e dolomita

de

âguas alogênicas que invadem

o

sistema cárstico, pela sazonalidade

dos

índices

de

saturação

em

calcita

e

dolomita das principais

fácies hidroquímicas

que

circulam

pelo

sistema

e

pela

taxa de

rebaixamento

da

superficie epicárstica

por

dissolução (denudação química). Para esta

última,

obteve-se uma média de

' .,

The

geomorphologt

and

the

conduil aquifer,

and

associaled cave systems,

of

a

Inrst area (74

kmz¡

in

dolomitic and

calcitic.

metalimestones

of

the

Middte

Prolerozoic

AÇunflii

Group have been studied

in

the

Upper

Ribeira river

valley,

between

Apiaí

and

þoranga,

southeastern São Paulo,

Brazil.

,

i i

The transition

_between

flwial

and

karst

landforms was

recognized

_through

delailed

aerial photointerpretation

md

_field

observations. The

_fluvial

system

has

been

gradually

disrupred

by

the

growth

of

closed

drainage

basins

with

a polygonal

pattern. Based

on

this

transition,

a

morphological zonation

has been deJìned

over

the limesfones.

Three main løndform categories are recognized

in

the limestone: the

_fluviokarst

zone (with dominant sarface

runffi,

the

transitional

zone (characterízed

by large

composile closed depressions) ønd the

polygonal

karst zone (with simple closed depressions).

',

The

karst

topography exhibìts

strong

structural

control. Aulogenic

swallels occur mainly

at

the intersections

of

bedding planes,

_fractures

and

_faults.

These inlet points

_/or

autogenic recharge

are

preferentially aligned on

bedding

traces where

díp is high. In

areas where the

dip is low to

moderate, swallets

preferentially

_follow

long

_/raclure

and

fault

traces of steep dip.

The

observed

population

of

closed

depressions

is

interpreted

as

resalting _-from competition and coalescence processes betw'een depressions

in

response to

dffirent

rates

of

depression enlargement,

as

well as by

the

multiple

generation process described by Kemmerly.

In

this model, lørger depressions, connected by

effcient

underground drainage routes,

trigger

the

initiation

of

other

depressions

over and

in

the

vicinity

of

the lørger

depressions. The

competition

between depression enlargement rales leads

to

topographic inversions, where ancient depression bottoms now occ-.tPy

hill

cresls.

Morphometric analysis

of

the

karst

topography

of

the

Upper

Ribeira polygonal

karst shows

similarities

to New Guineøn qnd Jamaicørt

polygonal

korst landscapes.

Within

the

limestone

qrea above

lhe

Perolas-Sanløna cøve

system,

lhe

best develaped

polygonal

carst is related to conduits

in

depth, close to the southeastern contact of limestone with metapelites.

Among the

variety

and large number

of

discontinuities presenl

in

the melamorphic limestone, the most

_favorable

structures

for

cøve development

are

bedding

planes,

Iong

. simp le

fr

actur e s and fau lts.

The

planimetric patterns

of

cøve systems

are

controlled by

lhe

struclural

sry^le

of

the limestone.

Rectilinear and angulãr

ccwe map

patterns are related

to

steeply

dipping

strata, whereas sinuous and curvilineor

patterns reflect

low-dipping,

_folded

limestone. The

sinuosity of conduits is mainly

controlled

by the angle between the direction of the general

planes ond

simple

long

_fractures

and

_faults.

ll'orthington's

mdel

_for

prediction of

mean conduit depth is confirmed by the Përolas-Santdna cøve sysrem. The mean depth

of

200 to 300 m beneafh the waÍertable

_for

the

initiation

conduils

of

this

gstem

qgrees

_{well with}

_the

prediction of

the exponential equation

which is

based on the stratal

dip

and the

horizontal

length

(catchment

lenglh)

between

the

main

insurgence

and

the ressurgence

of

the

cave system.

Vadose canyons

with

up to 50m

of vertical

entrenchment vere produced

during

the speleogenetic development phase, øs the

resttll of

moderale rales

of

base

level

lowering,

which

itself

was

due

to

moderate

rates

of regional

tectonic

upltft.

Based on

preliminary

ThU

ages

of

secondary

calcile

covering ancierú

_fluvial

deposits

in

vadose ccue canyons,

an

øverage

mæimum

rate

of

0.0042 cm/yeør

(42

mmþ)

is

proposed

_for

the

vadose

entrenchment

within

the studied cqves. This

rale

gives

a

minimum age

of

1.7 My

_for

the

development

phøse

in

the

Santsna cave.

Inclading the theoretical time span

of

the

initialion

phase, the

lotal

age of the Pérolas-Santana ccue _Ðstem is around 2

My

The

correlation

between

the

cave

river

entrenchmenl

rarc

and

the exlernal river

chsnnel

lowering

over the limestone, close

lo

the cøv,e syslem, allows an age estimation

of

rc.4:ll

Myfor

the

Betari

valley

in

the studied area.

The calculated baseflow recession coeficients, tsaggesl that he karst

aquifer

of

the

Përolas-Santana system has a high degree

of

inlerconnecledfissares.

The

initial

analysis

of

the

surþce drainage

systems, using concepts

of

lopographic

'diridrr,

_{indicates the presence}

_of

_two

_separate

_drainage

_{basins over the Furnas-Santana} Iimestone

area,

each

relqted to

a

cave syslem. The

hydrological

balance

of

the

Perolas-ii;:;Santøna cave system suggests, however, that the catchment area must be

larger

(25,4 km2) lì'.,:thøn,indicated by this

initial

inferpretation.

It

is

thereþre

wggested that two adjacent cave

|.a:jÐstens (Perolas-Santana and

Grilo

sysfems)

are

cannecled

at

depth,

in

order to

balance

';:lh,€ _{onttuol discharge meøsared at the Sanlana} cãve ressargence.

i:' i;,',.' _"'The

_following

hydrochemical

_facies

hu,^e been

defined: allogenic

sarface runoff, flùvio:karstíc

runffi

vadose autogenic

fissure

seepage, vadose

autogenic

conduil

flow,

:deep

_phreatic

_conduit

flow

ønd karst ressurgence

_flow.

The

hyùochemistry

indicates that

the

carstification

is

basically

controlled by

meleoric

water

enriched

in

cørbonic

acid.

Minòr.dissolution

of

carbonate

by

salphuric acid produced

by

oxidation

of

pyrtte

.

'disseminaited

in

impure limestone is thought

lo

occur

in

deep

flov'

routes.

'

'

' _'The modern erosive dynamics

of

the studied karst has been quøntified according to

'1he'follòwing parameters:

saturation rate

in

calcite and

dolomite

of

allogenic

rivers .€fltering":¡þe

limeslone surface,

the

seasonality

of

the salurarion index

of

the

main

,';hydro,chem¡"o¡:,,1tacies

and the rate

of

limestone surface

lowenng through

dissolution

,,¡cnei:mlial"denuclation). _{The,calculated mean}

chemical

demtdation rate

_for

the

A

realização desta tese não

teria

sido

possível sem

a

colaboração de

um

grande número de pessoas e de várias instituições

Entre

as

instituições

ressaltaram-se

o

Department

of

Geologv

e

o

Deparment

of

Geography, ambos da McMaster University

ftIamilton,

Canadá), o

Instituto

de Geociências

da Universidade de São Paulo, a Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP),

o

Conselho Nacional de Desenvolvimento

Científico

e Tecnológico

(CMq),

o

Instituto

de

Pesquisas Tecnológicas

do

Estado de

São

Paulo,

e

o

Instituto

Florestal da

Secretaria do

Meio

Ambiente do Estado de São Paulo'

O

desenvolvimento desta pesquisa, assim

como seu

sucesso,

são

atribuídos principalmente

ao

grande

incentivo

e

aos

valiosos ensinamentos recebidos

do Prof.

Dr.

Derek Ford. Agradeço

especialmente ao

Prof.

Derek

Ford,

pela

zua dedicação

e

atenção dispensados a

mim

e ao

projeto

de pesquisa, durante a minha estadia como aluno de pós-graduação

junto

ao

Departamento

de

Geologia

da McMaster

University,

onde

me

foi

proporcion ada

a

oportunidade de

tomar

conhecimento das diversas técnicas

e

pesquisas atuais desenvolvidas em terrenos cársticos'

Ao

Prof.

Dr.

Georg Robert Sadowski agradeço pelo apoio e encorajamento, desde a

concepção desta

tese,

até os

preparativos

finais

desta

e

as

muitas

discussões sobre a

abordagem geológica do fenômeno cárstico.

À

Stene

Worthington,

Marcus

Buck,

Joyce

Lundberg,

Jane

Mulkevitch,

Karen Gooder,

Nicþ

Keizer,

Sue

Vajoczki, Wang

Xng

Lee e

Fereydown Shazbhan, agradeço pelas valiosas contribuições

na

minha

formação teórica

e

prática em

geoespeleologia e

hidrologia cárstica, obtidas através de discussões acadêmicas. trabalhos de laboratório e de viagens

a

campo

nas

cavernas

e

áreas cársticas

do

sudeste

do

Canadá

e

nordeste dos

Estados Unidos.

Ao

prof.

Dr.

Henry

Schwarcz,

na

época

chefe

do

Department

of

Geology

da

McMaster

Universþ, e

à

todo

qorpo docente deste departamento, agradeço

a

agradável acolhida, amizade e prestatividade durante minha estadia em Hamilton

Ao

professor e amigo

Dr. Aldo

da Cunha Rebouças, expresso minha gratidão, pela confiança em meu trabalho,

o

que possibilitou

a

obtenção de recursos'junto à FAPESP e

CNPq para execução dos trabalhos de campo.

Os

quase

30km

de mapeamento

topográfico e geológico

de cavernas,

produto

de exaustivos trabalhos

de

campo

e

de

gabinete, assim

como

as fases

de

coleta

de

água e

medições de vazão na região do

Alto

Vale do Ribeira, foram desenvolridos em grupo, onde

no

período

de

1987

a

1993, estiveram envolvidos

os

seguintes colegas

s

amigos: Alex

Barbieri, Nelson

Luis

Nogueira

Batisttuci, Paulo

César

Boggam,

Marcos

Philadelphi,

lr{aurício

de Alcântara

Marinho,

Rinaldo

Ademar

Campanha José Carlos

Sicoli

Sedane,

Richard Lepine,

Martim Afonso de

Souza,

Arnaldo Alcover Neto,

Anderson Moraes,

Andrea

yida

de Matos, Edilson

Pissato,

Alberto

Carlos

K¡minsky,

Armando Torquato,

Eduardo

Shinohara,

Mauro

Carrari

Chamani,

William

Salum

Filho,

Oduvaldo Viana

Jr.,

Ricardo

Fragl

Teixeira

e

Luís

Guilherme

Teixeira. ,

Agradeço

à

todos pela

valiosa

colaboração.

Aos colegas do Departamento de Geologia Geral, Coriolano de lr{arins e Dias Neto

(que em muito contribuiu

nesta

tese

através

de

longas

e

ferteis

'discussões), Rômulo Machado

(o

qual pacientemente

revisou

a primeira versão deste trabalho),

Maria

Cristina

Motta

de Toledo, Ian McReath, Marcos Egydio da Silva e Joel Barbugiani Sígolo, agradeço pela colaboração durante a redação deste trabalho.

Ao

Professor Thomas Rich Fairchild sou

grato pela revisão de textos em inglês.

Especiais agradecimentos

devo

à Química Sandra Andrade

e

ao

Prof. Dr.

Raphael

Hypólito,

pelo apoio na parte analítica desta pesquisa.

Grande parte das ilustrações deste trabalho devo à equipe de desenho do IGc-USP, Sr. Francisco José

Pinheiro

de Almeida

Filho,

Srta.

Itacy Krohne

e

Rodrigo

Vascon, aos

quais agradeço

muito.

Agradeço também, ao setor gráfico deste

Instituto,

chefiado pelo Sr.

Dalton.

Sou profundamente

grato

à

Boris

Karmann e Monique Therese da Graça Carreiro,

cujo

apoio

e

incansável prestatividade

na

área

de

informática,

foram

essenciais, no

tratamento estatístico

de

dados

e

na

elaboração

de

figuras.

Na

área

de

informática, agradeço, também, ao Sr. Geraldo Carlos Lino Freitas.

À

Srta.

Maria

Aparecida

Bezena

agradeço pela detalhada revisão

da

listagem de

referências.

À

população do

Bairro

da Serra e funcioná'rios do PETAR em geral e, em especial, à

Vandir

de Andrade

e

Joaquim Justino, agradeço a hospitalidade

e

cooperação durante os

trabalhos de campo.

À

trrtaria Cândida Barbosa

do

Nascimento, agradeço

o

incentivo moral

e

carinho, que foram essenciais,

para

cumprir esta etapa de trabalho.

À

Hei-

Karmann

e

Valerie

Karmann, meus

pais,

agradeço

toda

formação

e