UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA CATARINA CENTRO DE FILOSOFIA E CIÊNCIAS HUMANAS
DEPARTAMENTO DE GEOLOGIA
CARACTERIZAÇÃO SEDIMENTAR DE RAMPA ARENOSA COM
RADAR DE PENETRAÇÃO NO SOLO (GPR), MUNICÍPIO DE
PALHOÇA, LITORAL DE SANTA CATARINA
César Luís Maiochi
Trabalho de Conclusão de Curso submetido a banca examinadora para a obtenção do Grau de Bacharel em Geologia.
Orientador: Prof. Dr. Marivaldo dos S. Nascimento
Florianópolis 2020
Maiochi, César Luís
Caracterização sedimentar de rampa arenosa com aplicação do GPR, município de Palhoça, litoral de Santa Catarina / César Luis Maiochi; Orientador: Marivaldo dos Santos Nascimento – Florianópolis, SC, 2020. 59 p.
Trabalho de Conclusão de Curso (graduação) – Universidade Federal de Santa Catarina, Departamento de Geologia. Graduação em Geologia.
César Luís Maiochi
CARACTERIZAÇÃO SEDIMENTAR DE RAMPA ARENOSA COM
RADAR DE PENETRAÇÃO NO SOLO
(
GPR), MUNICÍPIO DE
PALHOÇA, LITORAL DE SANTA CATARINA
Este Trabalho de Conclusão de Curso foi julgado adequado para obtenção do Título de Bacharel em Geologia,e aprovado em sua forma final pelo Coordenador do Curso de Geologia.
Florianópolis, 07 de fevereiro de 2020.
Prof. Dr. Marivaldo dos Santos Nascimento
Coordenador do Curso de Geologia
Banca Examinadora:Prof Dr. Marivaldo dos Santos Nascimento - Orientador
Universidade Federal de Santa Catarina
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Dr. Rodrigo Cancelli - Membro
Prefeitura Municipal de Florianópolis
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Dr. Raul Corrêa Rechden Filho - Membro
AGRADECIMENTOS
Primeiramente, gostaria de agradecer a Deus, a vida, ao Universo, as maravilhosas pessoas que me rodeiam, muitas com alto nível de conhecimento, seres extraordinários.
Ao Antônio, a Fabiane, a Eduarda, minha família tão amada, por me fazerem ser quem eu sou, por cuidarem de mim, me incentivarem a batalhar todos os dias pelos meus sonhos e jamais desistir. Obrigado por me amarem e acreditarem em mim.
Ao meu orientador, professor e amigo, Marivaldo dos Santos Nascimento, pela oportunidade em desenvolver este trabalho e por compartilhar seu vasto conhecimento.
Ao professor Marcelo Accioly Teixeira de Oliveira, por todas as conversas esclarecedoras e pelos auxílios de saída de campo e empréstimos de material.
Aos meus amigos e irmãos da rocha, Adilson, André, Cristian, Jhonata e José Arthur. A Caroline, pelos inúmeros conselhos.
A Universidade Federal de Santa Catarina, por todas as oportunidades que esta instituição me ofereceu ao longo da graduação.
Aos meus demais familiares e amigos que não foram citados aqui, mas que de certa forma contribuíram com a minha evolução. Muito obrigado!
“O que prevemos raramente ocorre; o que menos esperamos geralmente acontece. ” (Benjamin Disraeli)
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RESUMO
Rampas arenosas ou rampas de areia (sand ramps) são formas de relevo constituídas por deposição eólica que necessitam da caracterização e classificação sedimentológica sistemática para compreensão de sua dinâmica deposicional e, principalmente, para a caracterização da sua gênese e evolução. Neste contexto, o presente trabalho tem como objetivo utilizar a metodologia GPR (Ground Penetrating Radar) para a identificação de feições e estruturas sedimentares e de dissipação relacionado aos processos de retrabalhamento em rampa arenosa de um depósito eólico situado em uma porção praial em uma unidade de conservação no estado de Santa Catarina – o Parque Estadual da Serra do Tabuleiro. Para tanto, foram processados dados de GPR do local de estudo e comparados com amostras de solo coletadas in loco, afim de confirmar a presença de estruturas internas do depósito e obter sua caracterização sedimentológica e textural. Por meio das aquisições GPR foi possível identificar quatro conjuntos de pacotes internos relacionados a eventos de retrabalhamento da rampa arenosa: pacotes com estruturas típicas de ambientes eólicos de textura homogênea, pacotes pedogenizados, pacotes indicando dissipação do arcabouço granítico em que a rampa arenosa se depositou e pacotes maciços que intercalam fácies de mineral pesado com areia de textura fina a muito fina. As amostras de solo coletadas confirmaram a existência de um ambiente característico de rampa arenosa, com a presença de um pacote pedogenizado que sofreu alteração durante o quaternário. Dessa forma, o GPR mostrou-se uma ferramenta válida para a identificação de estruturas típicas de ambiente eólico e de dissipação em rampas arenosas.
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ABSTRACT
Sand ramps are relief forms constituted by wind deposition that requires the systematic sedimentological characterization and classification to understand their depositional dynamics and, mainly, to characterize their genesis and evolution. In this context, the present work aims to evaluate the applicability of GPR (Ground Penetrating Radar) for the identification of sedimentary and dissipation features and structures related to sandy ramp reworking processes of a wind located in a beach portion of a State Park known as Serra do Tabuleiro Santa Catarina State. For this, data from the GPR acquisitions of the study site were processed and compared with soil samples collected in loco, in order to confirm the presence of internal structures of the deposit and to obtain its sedimentological and textural characterization. Through GPR acquisitions, it was possible to identify four sets of internal packages related to sandy ramp rework events: packages with typical structures of homogeneous texture wind environments, pedogenized packages, packages indicating dissipation of the granitic framework in which the sandy slope was deposited and massive packages intercalated by fácies of heavy mineral with fine to very fine sand. The soil samples collected confirmed the existence of a characteristic sandy ramp environment, with the presence of a pedogenized package that changed during the quaternary period. Thus, the GPR proved to be a valid tool for the identification of typical wind environment and dissipation structures in sandy ramps.
Keywords: Sandy ramps. GPR (Ground Penetrating Radar). Dissipation structures. Sedimentology. Geomorphology.
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ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1. Estruturas de escalada transladantes. ... 15
Figura 2. Representação gráfica de estruturas internas das dunas eólicas: (A) Estrutura de fluxo de grãos; (B) Estruturas com dobras suaves; (C) Estrutura em chama; (D) Estrutura na forma de dobras de arrasto; (E) Estrutura com dobras assimétricas de alto ângulo; (F) Estrutura com dobras redobradas; (G) Estruturas com dobras de empurrão; (H) Partes quebradas; (I) Brechas. ... 15
Figura 3. Ordem hierárquica para superfícies limítrofes de acordo com Brookfield (1977) ... 16
Figura 4. Fluxograma da metodologia empregada neste trabalho. ... 20
Figura 5. Imagem de satélite com a disposição do perfil realizado com GPR e o posicionamento das trincheiras e da sondagem. (A) Limite município de Palhoça; (B) Área de estudo; (C) Rampa arenosa. ... 21
Figura 6. Vista panorâmica da relação da Rampa arenosa com o granito (embasamento) e localização da trincheira produzida para posterior análise faciológica. ... 22
Figura 7. Diagrama triangular para a classificação de sedimentos proposta por Folk (1954)... 24
Figura 8. Diagrama triangular de classificação textural de sedimentos clásticos de acordo com Shepard (1954) ... 25
Figura 9. Ilustração esquemática para demonstrar o funcionamento de um equipamento de GPR. ... 26
Figura 10. Seção representativa de um radargrama. ... 28
Figura 11. Demonstração da correção topográfica por caminhamento expedito. ... 30
Figura 12. Representação esquemática para análise dos refletores nos radargramas. ... 32
Figura 13. Padrões para a interpretação de refletores em radargramas. ... 32
Figura 14. (A) Imagem aérea da área de estudo - Parque estadual da Serra do Tabuleiro (limitação conforme lei nº14.661/2009); (B) Vista da rampa arenosa em relação a encosta granítica ... 33
Figura 15. Três áreas de proteção ambiental do Parque Estadual da Serra do Tabuleiro. ... 34
Figura 16. Mapa Geológico em detalhe da área de estudo. (A) área de estudo em relação ao município de Palhoça; (B) Parque Estadual da Serra do Tabuleiro; (C) Mapa geológico e a localização do ambiente de estudo... 35
Figura 17. (A) e (B) corresponde a trincheira aberta próximo da base da rampa arenosa; (C) e (D) corresponde a trincheira aberta próximo ao topo da rampa arenosa (ver Figura 5C). ... 37
Figura 18. (A) Representação da distribuição granulométrica das amostras coletadas em uma sondagem (ver Figura 5C), e (B) curvas de seleção dos sedimentos por intervalo amostrado. ... 39
Figura 19. (A) Diagrama Ternário de Folk e (B) Diagrama Ternário de Shepard, com a distribuição das amostras... 40 Figura 20. (A) Perfilagem de 400Mhz; (B) Perfilagem de 200Mhz e (C) Perfilagem de 70Mhz.
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Interpretação da configuração dos refletores dos radargramas. ... 41 Figura 21. Configurações interpretadas nos radargramas. ... 42 Figura 22. Correlação de pacotes identificados em perfilagem processada sem correção topográfica com a perfilagem com correção topográfica, evidenciando os pacotes e relacionando às trincheiras e aos blocos diagramas elaborados através do perfil. (A) Pacotes identificados na perfilagem sem correção topográfica com antena de 400Mhz; (B) Perfil processado com correção topográfica com antena de 400Mhz; (C) Cortes escalados com identificação dos pacotes em relação a correção topográfica; (D) Perfil das trincheiras com seus respectivos bloco diagramas. ... 44 Figura 23. (A) Base da rampa arenosa; (B) Constatação do transporte eólico dos finos em relação ao cascalho; (C) Textura heterogenia com grande quantidade de cascalho. ... 45 Figura 24. Constatação de estruturas de baixo ângulo em pacote coluvional exposto e a composição interna da rampa arenosa. ... 46
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ÍNDICE DE QUADROS
Quadro 1. Descrição dos principais procedimentos envolvidos no processamento de dados GPR. ... 30 Quadro 2. Quadro estratigráfico elaborado a partir do Mapa Geológico de Santa Catarina (CPRM, 2014). ... 36
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ÍNDICE DE TABELAS
Tabela 1. Correlação da frequência central da antena versus profundidade da investigação. ... 27 Tabela 2. Valores de constantes dielétricas e condutividades de alguns materiais em condição seca ou saturada. ... 28 Tabela 3. Antenas utilizadas e suas profundidades. ... 29 Tabela 4. Dados granulométricos das amostras de sedimentos da rampa arenosa, em percentuais relativos (%) entre as frações granulométricas coletadas ao longo de uma sondagem de 2,2 m na rampa arenosa (ver localização na Figura 5). (Gr: grânulos; Amg: areia muito grossa; Ag: areia grossa; Am: areia média; Af: areia fina; Amf: areia muito fina; Si: silte; e Ar: argila). ... 38
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LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
Bt – Horizonte B textural Ca – Cálcio
CPRM – Companhia de Pesquisa de Recursos Minerais Distal – Longe
ENE – Este-Nordeste Ex – Exemplo et al – E outros
FATMA – Fundação do meio ambiente GPR – Radar de Penetração no Solo GSSI – Geophysical Survey Systems, Inc.
LAGES – Laboratório de Geodinâmica Superficial m – Metros mm – Milímetros Mg – Magnésio MHz – Mega-hertz nº – Número N – Norte NE – Nordeste pH – Potencial hidrogeniônico Proximal – Próximo
QGIS – Quantum GIS S – Sul
SC – Santa Catarina Sin – Durante SW – Sudoeste
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LISTA DE SÍMBOLOS
( 𝐻⃗ ): Definido como variável “campo elétrico” na fórmula de cálculo da Permeabilidade Magnética (𝐵⃗ ): Definido com variável “campo de indução magnética” na fórmula de cálculo da permeabilidade
magnética
(μ): Definida na fórmula como invariável “1”, é uma unidade que não varia e pode ser desconsiderada na fórmula de cálculo da permeabilidade magnética
(εr): Definido como variável “permissividade relativa” na fórmula de cálculo da permissividade
dielétrica
(𝐷⃗⃗): Definido como variável “corrente de deslocamento ou polarização” na fórmula de cálculo da permissividade dielétrica.
(ε0): Definido como variável “permissividade dielétrica do vácuo” na fórmula de cálculo da
permissividade dielétrica
(ε): Definida como variável de escolha entre “permissividade relativa” e “constante dielétrica” na fórmula de cálculo da permissividade dielétrica
(σ): Definido como como variável “condutividade elétrica”
(𝐸⃗⃗): Definido como variável “campo elétrico” na fórmula de cálculo da permissividade dielétrica e no cálculo da condutividade elétrica
( 𝐽 ): Definido como variável “densidade de corrente de condução” na fórmula de cálculo da condutividade elétrica ___: Divisão %: Porcentagem º: Indicação numeral ±: Aproximadamente a: Indicação feminina = Representação de igualdade Φ: Representação do Fi ou phi >: Símbolo de maior <: Símbolo de menor
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SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO ... 10
1.1. OBJETIVOS ...11 1.1.1. Objetivo Principal ... 11 1.1.2. Objetivos Específicos ... 11 1.2. JUSTIFICATIVA ...112. REFERENCIAL TEÓRICO ... 13
2.1. PROCESSOS EÓLICOS E A FORMAÇÃO DE DUNAS ...13
2.2. ESTRUTURAS DE DISSIPAÇÃO ...16
2.3. RAMPAS ARENOSAS ...18
2.4. APLICAÇÃO DO GPR NO ESTUDO DAS ESTRUTURAS DE DISSIPAÇÃO ...18
3. MATERIAIS E MÉTODOS ... 20
3.1. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ...20
3.2. GEORREFERENCIAMENTO E ELABORAÇÃO DE MAPAS ...20
3.3. ANÁLISE FACIOLÓGICA ...21
3.4. ANÁLISE GRANULOMÉTRICA ...22
3.5. AQUISIÇÃO DE DADOS COM RADAR DE PENETRAÇÃO NO SOLO (GROUND PENETRATING RADAR: GPR) .25 3.5.1. Atenuação do Sinal ... 28
3.5.2. Perfilagem com GPR ... 28
3.5.3. Correção Topográfica ... 29
3.6. PÓS-PROCESSAMENTO E INTERPRETAÇÃO DOS RADARGRAMAS ...30
4. CONTEXTO GEOLÓGICO ... 33
4.1. ASPECTOS GEOLÓGICOS DA ÁREA ...35
5. RESULTADOS ... 37
5.1. FÁCIES SEDIMENTARES ...37
5.2. GRANULOMETRIA DOS SEDIMENTOS ...38
5.3. RADARGRAMAS ...40
6. DISCUSSÃO DOS RESULTADOS ... 43
6.1. ESTRUTURA DA RAMPA ARENOSA ...43
6.2. A ESTRUTURA DE DISSIPAÇÃO ...45
7. CONCLUSÃO ... 47
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1. INTRODUÇÃO
Rampas arenosas constituem depósitos sedimentares do relevo costeiro associados a campos de dunas adjacentes a maciços rochosos (BIGARELLA, 1974). As rampas arenosas são formadas pelo acúmulo de areia migratória no lado do vento das barreiras topográficas, onde os caminhos de transporte de areia eólica atravessam terrenos ondulados (THOMAS, 1997). Elas ocorrem em áreas onde o fluxo de sedimentos excede o acúmulo até que uma barreira topográfica obstrua o fluxo sedimentar (THOMAS, 1997). Essas barreiras são reconhecidas como um núcleo para o desenvolvimento das dunas de areia e, portanto, são a chave para a identificação de rampas arenosas que se desenvolvem no lado de barlavento da barreira topográfica responsável pela sua formação. Algumas rampas arenosas são tão grandes que podem superar o obstáculo (ZIMBELMAN, et al., 1995).
As rampas arenosas, geralmente, têm gradientes graduais e são uma amálgama de areias eólias, material de talus, sedimentos fluviais e coluviais, bem como paleossolos formados durante períodos geomorficamente estáveis (LANCASTER & TCHAKERIAN, 1996). Elas são uma importante fonte de informações paleoambientais e podem ser indicadores úteis da resposta dos processos eólicos às oscilações climáticas durante o Quaternário.
Sob uma perspectiva paleoambiental, um dos aspectos mais valiosos das rampas arenosas é que múltiplas acumulações de areia, intercaladas com períodos de formação de solo, indicam oscilações climáticas. Durante fases secas (estiagem), a areia migra ao longo das vias de transporte e se acumula contra barreiras topográficas (TCHAKERIAN, 1991). Quando há aumento na precipitação e, portanto, um aumento correspondente na vegetação na área (THOMAS, 1990), o acúmulo de areia é minimizado e ocorre a formação do solo.
As rampas arenosas possuem estruturas sedimentares cruzadas, que revelam superfícies de truncamento muitas vezes geradas por escoamento superficial ou por movimentos de massa, com pouca mudança textural (FERREIRA & OLIVEIRA, 2006). Existem poucos trabalhos disponíveis na literatura brasileira sobre os referidos depósitos, sobretudo a respeito da caracterização das estruturas sedimentares e dos seus elementos arquiteturais, especialmente, as que resultam de processos de dissipação.
Segundo Bigarella (1974), as estruturas de dissipação são típicas do ambiente eólico e geram novas estruturas adaptadas ao ambiente de articulação entre dunas e encostas de maciços litorâneos. Estas estruturas podem ser formadas por fluxos subaquosos, que geram laminação planar, depósito de cascalho massivo, marcas onduladas, estruturas de escavação e preenchimento, pseudo-marcas onduladas recobertas por filme de lamito, além de concentrações relevantes de minerais pesados. Essas características tornam sua geometria ondulada a contorcida, com domínio de sedimentos finos a muito
11 finos (PAISANI, 2006). Segundo Paisani (2006), rampas arenosas no litoral de Santa Catarina apresentam feições que indicam ação de processos pedogenéticos sobre estruturas sedimentares, que levam à transformação e dissipação de estruturas deposicionais internas das rampas arenosas pleistocênicas e holocênicas.
1.1. OBJETIVOS
1.1.1. Objetivo Principal
Caracterizar as estruturas sedimentares e registrar o arcabouço estrutural da rampa arenosa no litoral de Santa Catarina por meio da interpretação de radargramas.
1.1.2. Objetivos Específicos
Os objetivos específicos foram: a) caracterizar estruturas de dissipação por meio da aplicação do GPR; b) testar as antenas nas frequências de 70 MHz, 200 MHz, e 400 MHz; c) ponderar o potencial da metodologia GPR para a caracterização de estruturas de dissipação; e d) reconhecer padrões sedimentares ao longo de seções colunares, integrando dados texturais dos sedimentos com as estruturas de dissipação observadas nos radagramas.
1.2. JUSTIFICATIVA
O Radar de Penetração no Solo (GPR) é um equipamento que permite a caracterização de estruturas e arquitetura deposicional em ambientes diversos. O GPR utiliza pulsos eletromagnéticos de alta frequência (10 a 2500 MHz) que são transmitidos através do solo por antenas do instrumento. Tais pulsos são refletidos à medida em que a velocidade de propagação varia ao atravessar descontinuidades do material, como exemplos: planos de acamamento e variações internas; teor de umidade; fábrica e tamanho dos grãos; densidade aparente; entre outros (HOLDEN, 2004).
De acordo com Baker e Jol (2007), sinais de GPR possuem ótimos resultados em ambientes arenosos com pouca saturação, a possibilitar a identificação da mudança estratigráfica. Além disso, quando o meio possui quantidades significativas de minerais pesados nos planos deposicionais, pode ocorrer a acentuação dos pulsos eletromagnéticos emitidos pelas antenas do radar, a proporcionar a individualização das estruturas internas.
Embora as frequências mais apropriadas para prospecção com GPR para solos arenosos estão entre 100 e 400 MHz (HOLDEN, 2004), uma maior variação na frequência utilizada pode permitir identificar planos de descontinuidade menos incidentes, a proporcionar a identificação tanto de
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estruturas típicas (p.e. de dunas), quanto de estruturas de dissipação que compõem uma rampa arenosa. A identificação e caracterização das estruturas de dissipação constitui um tema polêmico na geomorfologia costeira na medida em que envolve processos distintos que podem gerar feições similares. A sua caracterização envolve visões concorrentes da pedologia e da sedimentologia que, por propor processos genéticos distintos, gerou discussão que ainda está aberta na geomorfologia brasileira e internacional (PAISANI, 2006).
A aplicação de antenas GPR é comum em ambientes eólicos, sendo capaz de identificar as estruturas presentes e elucidar aspectos de sua formação. Contudo, ainda são escassos estudos que avaliem a aplicabilidade do GPR em rampas arenosas. A confirmação da aplicabilidade do uso de aquisições GPR na caracterização física e do arcabouço estratigráfico desse tipo de depósito acrescenta importante ferramenta para a caracterização das referidas estruturas do solo de uma forma não invasiva e, ainda, eficiente.
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2. REFERENCIAL TEÓRICO
2.1. PROCESSOS EÓLICOS E A FORMAÇÃO DE DUNAS
Os depósitos eólicos cobrem aproximadamente 5% da superfície da Terra e apresentam diferentes tipos de formas que foram descritas em detalhes em diversos trabalhos (BAGNOLD, 1941; COOK & WARREN, 1973; PYE & TSOAR, 1990; PYE, 1993; e, THOMAS, 1997). Porém, não é objetivo deste trabalho discutir os diferentes tipos de formas de relevo eólico.
A formação de depósitos eólicos costeiros é influenciada pelo clima, pela morfologia da plataforma e o aporte sedimentar (GIANNINI et al., 2007). Segundo Mckee e Bigarella (1972), as variações do nível do mar e a produção considerável de sedimentos eólicos arenosos são os principais fatores responsáveis pela origem dos ambientes eólicos. Pye & Tsoar (1990) afirmam que a forma e a escala das acumulações eólicas são influenciadas pelos seguintes aspectos: disponibilidade de areia; granulometria dos sedimentos; energia e direção do vento; cobertura vegetal; presença ou ausência de obstáculos topográficos; e mudanças climáticas que podem causar alterações nos quatro primeiros fatores. Os sedimentos que constituem os ambientes eólicos possuem origens diversas e, a depender da variação da velocidade e direção do vento, podem ser procedentes de unidades localizadas a distâncias superiores a milhares de quilômetros (FERNANDEZ et al, 2017).
Dentre as diversas formas de depósitos eólicos se destacam as dunas (FERNANDEZ et al., 2017), que são feições naturais encontradas na maioria das praias arenosas, em condições climáticas diferentes, que vão desde tropicais até árticas. As dunas são resultado de grandes acumulações de areia, com forma, tamanho e orientação particulares para cada local. O estágio inicial para o desenvolvimento das dunas costeiras depende principalmente das marés astronômicas ou climatológicas, as quais permitem a criação de um suporte inicial para a acumulação de sedimento por meio do estabelecimento de uma linha de deposição de material orgânico - como restos de algas, vegetação e organismos marinhos mortos - e de uma linha de sal, na zona de pós-praia (CORDAZZO, 2002).
Após o estágio inicial, a areia fina e seca é transportada pelo vento em direção ao continente, até que seja depositada junto à linha de material orgânico e/ou sal. Ocorre então a evolução deposicional da duna, consequência de um empilhamento de sedimentos transportados pelo vento (PYE & TSOAR, 1990), o qual irá gerar uma face de relevo mais suave, denominada de barlavento (com ângulos entre 5º e 15º), e uma face de maior inclinação chamada de sotavento (com ângulos entre 20º e 35º).
Por conseguinte, ocorre a formação de pequenas dunas embrionárias fortemente influenciadas pelo aporte de areia e salinidade. Quando não destruídas por um evento de ressaca, muitas vezes essas dunas embrionárias começam a ser ocupadas por plantas tolerantes à deposição de areia, fazendo com que mais areia seja acumulada, a aumentar assim, a altura da duna até que ocorra a formação de cristas
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(SEELIGER, ODEBRECHT & CASTELLO, 1998; CORDAZZO, 2002).
Diversos esquemas de classificação para dunas têm sido propostos, sendo baseados na combinação de forma e orientação da face de avalanche em relação ao vento predominante. Porém, ainda não há consenso sobre o emprego de alguns termos, que podem ter mais de um significado. Hunter et al. (1983) propõe um esquema baseado na orientação da crista em relação ao vetor resultante da direção do transporte. De acordo com esta proposta, as dunas podem ser classificadas em longitudinais, transversais ou oblíquas: i) longitudinais são aquelas em que a linha de crista é orientada paralelamente (±15º) ao vetor resultante da direção do transporte; ii) transversais apresentam linha de crista orientada perpendicularmente (±15º) ao vetor; e iii) oblíquas são aquelas em que a linha de crista é orientada entre 15º e 75º em relação ao vetor resultante da direção do transporte.
Pye e Tsoar (1990) propõem uma classificação genérica baseada na presença ou não de obstáculos e na natureza do terreno: i) Acumulações de areia relacionadas a obstáculos topográficos: como exemplo as dunas de cavalgamento; ii) Acumulações de areia relacionadas à rugosidade do terreno ou a flutuações aerodinâmicas: como as dunas barcanas, transversas, lineares sem vegetação, dômicas e estrela; e iii) Acumulações de areia cujo desenvolvimento é fortemente influenciado pela presença de vegetação: as quais incluem dunas parabólicas e dunas lineares vegetadas.
Em relação à estrutura interna de dunas, existem estruturas que são formadas durante os processos iniciais de deposição e outras formadas após o processo inicial de deposição, divididas em primárias e secundárias, respectivamente (HUNTER, 1977). As estruturas primárias, que refletem os processos responsáveis pelo transporte e início da deposição, são divididas em: i) Estratificações cruzadas por fluxo de grãos: são geradas por avalanches na face de sotavento da duna, a gerar feições em língua com gradação inversa. Considera-se que, na face de sotavento da duna, há uma maior tendência para ocorrerem movimentos de massa, em decorrência da inclinação da face, próxima do ângulo de atrito interno de areias soltas, e do material friável que se movimenta por gravidade; ii) As laminações por queda de grãos, que ocorrem normalmente no sotavento da duna, têm como principal característica a deposição por sutis mudanças na velocidade do vento; e iii) Estratificação cavalgante transladante subcrítica/ estratificação cavalgante supercrítica/ laminação cruzada de marcas onduladas/ laminação ondulada/ laminação plano-paralela: explicam o mecanismo de migração de marcas onduladas e a origem de estruturas de escalada transladantes nas mesmas. Essas formas de leito passam a cavalgar umas sobre as outras, de modo a ficar, ao final, preservadas na forma de estratos transladantes cavalgantes no barlavento da duna (Figura 1). O ângulo de cavalgamento varia a depender do volume de sedimento e da taxa de migração da marca ondulada (HUNTER, 1977).
15 Figura 1. Estruturas de escalada transladantes.
Fonte: Mountney (2006)
As estruturas secundárias podem ser sin e pós-deposicionais e se formam por processos que resultam em distorções no acamamento, como: escorregamentos de blocos de areia fracamente coesos, crescimento de raízes, fluidização a partir de distúrbios tectônicos, bioturbações, episódios erosionais envolvendo água ou vento, e abalos sísmicos (MCKEE & BIGARELLA, 1972).
McKee et al. (1971) propuseram uma classificação para as estruturas em dunas eólicas (Figura 2) e as dividiram em: feições de tensão que ocorrem associadas à parte superior de um fluxo de grãos (Figuras 2A-D), na parte inferior de um fluxo (Figuras 2E-F) e movimentos de massa associados a escorregamentos (Figuras 2G-I).
Figura 2. Representação gráfica de estruturas internas das dunas eólicas: (A) Estrutura de fluxo de grãos; (B) Estruturas com dobras suaves; (C) Estrutura em chama; (D) Estrutura na forma de dobras de arrasto; (E) Estrutura com dobras assimétricas de alto ângulo; (F) Estrutura com dobras redobradas; (G) Estruturas com dobras de empurrão; (H) Partes quebradas; (I) Brechas.
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Outra feição interna importante nas dunas são as superfícies limítrofes, caracterizadas como descontinuidades erosionais que separam colunas de estratos cruzados e estão associadas com a migração e deposição eólica nas dunas (PYE & TSOAR, 1990). A origem destas superfícies é atribuída a processos de cavalgamento de formas de leito, que podem ser classificadas em três ordens hierárquicas, conforme apresenta a figura 3: Superfícies de 1a ordem: são planares ou com planos de acamamento
convexos, as quais cortam estratificações cruzadas ou outros tipos de estruturas de dunas; Superfícies de 2a ordem: são superfícies subparalelas, com mergulhos suaves a moderados. Limitam sets de
estratificações cruzadas e podem ser truncadas por superfícies de 1a ordem; e Superfícies de 3a ordem:
feições de pequena escala que separam grupos de laminações dentro de colunas, truncadas por superfícies de 1ª e 2ª ordem. São superfícies desenvolvidas devido a mudanças de curta duração na distribuição e velocidade do vento, ou a mudanças no fluxo de ar local induzida pela própria forma da duna. (BROOKFIELD, 1977):
Figura 3. Ordem hierárquica para superfícies limítrofes de acordo com Brookfield (1977)
Fonte: Brookfield (1977).
2.2. ESTRUTURAS DE DISSIPAÇÃO
O termo “estrutura de dissipação” foi discutido pela primeira vez por Bigarella (1975) para definir um registro sedimentar criado pelo retrabalhamento de estruturas internas em ambientes de dunas. Escoamentos superficiais ou movimentos de massa são processos que geram este retrabalhamento, os quais afetam estruturas eólicas e formam uma trama estrutural associada ao ambiente de articulação entre dunas e encostas de maciços litorâneos.
As estruturas de dissipação ocorrem associadas a feições pedogenéticas em depósitos costeiros (BIGARELLA, 1975). Geralmente, são depósitos de granulometria silte e argila, além de areias argilosas,
17 com óxidos/hidróxidos de ferro e humatos que marcam os planos das estratificações. O material finamente particulado destes depósitos é proveniente do manto de alteração de maciços rochosos adjacente, sendo transportado por escoamento superficial, misturando-se com partículas arenosas das dunas. Esta mistura de sedimentos pode ocorrer do topo até à base das dunas como pequenos “leques aluviais” interdigitados. Após a deposição, as partículas finas se concentram na porção superior do depósito, formando faixas de sedimentos finos entre estratos, ressaltando os diferentes fluxos (PAISANI, 2006).
Pequenas faixas coloidais decorrentes de dissipação foram atribuídas ao enriquecimento secundário em estudos realizados por Paisani (2006). Para o autor, a ocorrência desta faixa em depósitos costeiros pode ser caracterizada como estrutura de dissipação em casos que o material de granulação fina esteja associado a fluxos subaquosos em deposição singenética no topo dos estratos.
Camadas delgadas de sedimentos finos podem se formar por processos pedogenéticos (adição e transformação) que originam camadas ou lentes onduladas e com espessura que variam de poucos milímetros a alguns centímetros, denominadas lamelas de iluviação. Essas estruturas são constituídas de material argiloso que se origina principalmente da alteração de sedimentos arenosos e, geralmente, possuem aspectos convolutos, ondulados ou descontínuos (GRAY et al., 1976; SCHAETZL, 1992; RAWLING, 2000).
As lamelas podem ser classificadas como: sedimentares, iluvio-sedimentares, iluviais e e-iluviais, e se constituem de minerais pesados, minerais instáveis (presentes no substrato sedimentar), e poeira atmosférica. As lamelas podem estar associadas às estruturas de dissipação citadas por Bigarella (1975), sendo as iluvio-sedimentares correspondentes as geradas por acumulação do material fino a partir de iluviação em estruturas pré-existentes no corpo arenoso (ex. plano de estratificação), as iluviais formadas pela acumulação da fração argilosa sem relação com as propriedades estruturais do material impregnado, e as e-iluviais geradas pela eluviação, remoção de argila, presente em evoluções regressivas (PAISANI, 2004).
A caracterização micromorfológica de lamelas realizada por Almeida et al. (2015), concluiu que a retenção e armazenamento de água estão relacionados com a presença de empacotamento denso de materiais grossos e finos, além de pontes de argila intergrãos, sendo atribuída origem pedogenética ao caso estudado. Bockheim e Hartemink (2013) afirmaram que as lamelas ocorrem em torno de 40 a 50 cm de profundidade, com espessura menor que 2 mm e ligeiramente composta por material mais fino. As faixas de finos e lamelas possuem características parecidas, a este fato existem dúvidas acerca da formação e evolução de estruturas de dissipação para verificar se a descaracterização morfológica, pedogenética e estrutural dessas estruturas está relacionada diretamente a adição de faixas de finos ou a formação de lamelas, ou a sucessão de ambos.
18
2.3. RAMPAS ARENOSAS
Existem muitas controvérsias sobre a denominação de rampas arenosas como duna de cavalgamento, devido à similaridade de gênese, estrutura interna e composição das duas estruturas. Alguns autores citam as duas terminologias como sinônimas, como Isla e Espinosa (1995). Já outros trabalhos, como Thomas (1997) apontam a existência de apenas uma formação com essas características, as rampas arenosas.
Apesar de ambas serem formadas a partir da evolução do depósito de areia eólica, a ultrapassar uma barreira e depositada no sotavento, para Bigarella (1974; 1975), rampa arenosa corresponde a uma duna de cavalgamento descaracterizada morfológica e estruturalmente. Portanto, as rampas arenosas, são depósitos caracterizados pela mistura de sedimentos eólicos e de encosta, gerados por processos de dissipação em condições climáticas extremas.
As rampas arenosas são ambientes suavemente inclinados e oriundos do retrabalhamento da duna, formadas pela amalgamação de areias eólicas, depósitos de tálus e sedimentos fluviais e coluviais, assim como paleossolos formados em períodos de estabilidade geomorfológica (LANCASTER & TCHANKERIAN, 1996). Paisani (2006) afirma que esses processos (retrabalhamento e dissipação) seriam responsáveis pela inclusão de sedimentos de encosta na rampa arenosa e pela mistura destes com sedimentos eólicos.
De acordo com Bigarella (1975), o termo utilizado em relação ao ambiente de estudo deste trabalho referir-se-á rampa arenosa, ao fato da área de estudo possuir estruturas internas pouco comuns em dunas. O local está disposto em relação a um obstáculo topográfico e possui estruturas de dissipação, o que leva a crer que o objeto de estudo seja resultado de um processo de descaracterização de uma duna de cavalgamento.
Conforme Isla e Espinosa (1995), as rampas arenosas são depósitos comuns em desertos e em áreas costeiras, sua identificação em regiões tropicais é quase inexistente. Pela pouca produção científica na investigação sobre o tema e a discussão ainda aberta sobre as rampas arenosas, a constatação de unidades correlatas a esses depósitos no Brasil gera dúvidas e necessidade de investigação.
2.4. APLICAÇÃO DO GPR NO ESTUDO DAS ESTRUTURAS DE DISSIPAÇÃO
A aplicação do GPR no estudo de depósitos sedimentares arenosos pode proporcionar ótimos resultados visto que possibilita a caracterização estratigráfica de detalhe das estruturas internas. Antenas com frequências entre 100 e 400 MHz são as mais apropriadas para este tipo de estudo, pois, pela baixa saturação característica desses depósitos, tem-se a possibilidade do aumento da resolução de registro dos planos de reflexão em maior profundidade, pouco provável em ambientes saturados (BAKER &
19 JOL, 2007).
Resultados apresentados por Neal (2004) provaram que a principal causa das reflexões de GPR em um determinado ambiente é atribuída a variações na permissividade dielétrica do substrato, decorrente, principalmente, pela presença de água. A existência de matéria orgânica, distribuição granulométrica dos sedimentos e da conectividade dos poros são fatores diretamente ligados ao conteúdo de água e, consequentemente, aos valores de permissividade dielétrica do estrato.
A utilização do GPR na investigação da relação entre a arquitetura deposicional dos estratos e as estruturas internas de depósitos eólicos é satisfatória (NEAL & ROBERTS, 2001). Porém, as feições em subsuperfície que geram as reflexões não estão necessariamente relacionadas a estruturas internas, podendo se tratar de ruídos consequentes da aquisição, relacionados a um meio com pouca reflexão, muita reflexão ou extremamente úmido. E esse fator deve ser levado em consideração antes da aquisição de dados e durante o processamento em laboratório (NEAL & ROBERTS, 2001).
Harari (1996), em estudo realizado em duna barcana, demonstrou a efetividade da aquisição GPR com antena de 100mhz na detecção do nível de lençol freático, enquanto antena 500mhz apresentou-se efetiva no delineamento de frentes úmidas e visualização de estratificações cruzadas, fato atribuído a alta resolução que a última possui. Cagnoli e Ulrych (2001), em estudo realizado em campo vulcânico, identificaram cristas de dunas de cavalgamento em subsuperfície por meio da utilização da antena de 900MHz, comprovadas posteriormente a partir da abertura de trincheiras.
Segundo Van Dam et al. (2000), depósitos residuais de minerais pesados podem formar ótimas fontes de sinais eletromagnéticos, a gerar refletores GPR passíveis de interpretação sedimentológica. Logo, a presença de significativa concentração de minerais pesados em pequenos depósitos ou em planos deposicionais nas rampas arenosas podem causar forte reflexão dos pulsos eletromagnéticos emitidos, a possibilitar a individualização de suas estruturas internas de acordo com a frequência utilizada.
A aplicação da metodologia GPR em rampas arenosas implica o uso de frequências altas e baixas, em função do tamanho heterogêneo dos planos de descontinuidade e estruturas que compõem o ambiente, a possibilitar assim tanto a identificação de corpos relativamente reduzidos, como as estruturas de dissipação, e de estruturas sedimentares maiores, como planos deposicionais (HOLDEN, 2004; FERREIRA & OLIVEIRA, 2006).
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3. MATERIAIS E MÉTODOS
A Figura 4 apresenta o fluxograma e encadeamento dos métodos empregados neste trabalho, que engloba da pesquisa bibliográfica à interpretação e discussão dos resultados.
Figura 4. Fluxograma da metodologia empregada neste trabalho.
Fonte: Elaborado pelo autor (2019)
3.1. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
A revisão da bibliografia consistiu na consulta de trabalhos anteriormente desenvolvidos afim de obter conhecimento do estado da arte sobre o tema do trabalho, assim como de conceitos-chave sobre geologia, geomorfologia, relevo e pedologia.
3.2. GEORREFERENCIAMENTO E ELABORAÇÃO DE MAPAS
Foram confeccionados: modelo digital de terreno, mapa geológico da área, a partir da utilização de imagens de satélite do Google, dados geológicos do mapa do estado de Santa Catarina (CPRM 2014; 1:500.000), além da Carta Lagoa para delimitar com maior exatidão a área onde se encontra a rampa arenosa. A localização dos pontos de coleta das amostras, o traçado do caminhamento
21 para aquisição de radargramas com GPR e a localização das trincheiras foram lançadas nos mapas e nas imagens de satélite por meio da aplicação do software QGIS.
3.3. ANÁLISE FACIOLÓGICA
A análise faciológica foi realizada por meio da abertura de trincheiras para caracterização de estruturas da rampa arenosa. Estas trincheiras foram produzidas com a mesma orientação da perfilagem com GPR (Figura 5), para posterior confecção de perfil estratigráfico e pós-processamento das informações. Os locais de abertura das trincheiras (Figura 6) foram selecionados de acordo com a interpretação preliminar dos radargramas, que permitiu selecionar as áreas com maior quantidade de estruturas possíveis.
Figura 5. Imagem de satélite com a disposição do perfil realizado com GPR e o posicionamento das trincheiras e da sondagem. (A) Limite município de Palhoça; (B) Área de estudo; (C) Rampa arenosa.
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Figura 6. Vista panorâmica da relação da Rampa arenosa com o granito (embasamento) e localização da trincheira produzida para posterior análise faciológica.
Fonte: Elaborado pelo autor (2019)
A coleta das amostras foi feita em uma sondagem na rampa arenosa, cujo local foi selecionado após a análise dos radargramas, na área indicada na perfilagem com grande quantidade de estruturas, para proporcionar assim a correlação da granulometria com os dados geofísicos (Figura 5C). A sondagem foi realizada com trado manual, e teve cerca de 2,2m de profundidade de coleta, de onde foram obtidas 34 amostras para caracterização sedimentológica. As amostras foram previamente descritas no campo e, posteriormente, etiquetadas e guardadas em sacos plásticos para análise textural no Laboratório de Geodinâmica Superficial (LAGES) do Departamento de Geociências da Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC).
3.4. ANÁLISE GRANULOMÉTRICA
A análise granulométrica consiste na determinação do tamanho das partículas que constituem os sedimentos e na sua distribuição em determinados intervalos. Para tal foi empregado o método do peneiramento para análise granulométrica das amostras de sedimentos arenosos e cascalhosos, que consistiu na separação mecânica das partículas em classes dimensionais com a determinação de seu peso. Os sedimentos mais finos ou lamosos, representados pelo silte e argila, foram separados por meio do método da pipetagem, na qual a determinação da distribuição granulométrica está relacionada à
Trincheira Granito s Trincheira Rampa arenosa
23 sedimentação das partículas finas e sua velocidade de decantação em meio fluido, baseadas na lei de Stokes (1851).
A análise foi realizada em duas etapas: 1) determinação da distribuição granulométrica das partículas; 2) descrição e interpretação dos sedimentos a partir da utilização de gráficos e diagramas.
Para a realização dessas atividades foi utilizada a infraestrutura do Departamento de Geociências da UFSC, por meio do suporte oferecido pelo Laboratório de Geodinâmica Superficial.
Para todo processamento granulométrico no método do peneiramento, foram utilizadas quatro peneiras com as seguintes escalas: 2 mm (0φ); 0,50 mm (1φ); 0,250 mm (2φ); 0,125 mm (3φ). A fração grossa foi dividida desta forma em classes: grânulos, areia grossa, areia média, areia fina respectivamente.
O conjunto de peneiras foi agitado em um aparelho de vibração eletromagnética. O tempo de agitação do vibrador foi incrementado, com a finalidade de se obter maior rendimento, quanto maior fosse à proporção de material mais grosso na amostra. Suguio (1973) salientou que quanto maior for a quantidade de material grosseiro presente na peneira, menos material fino será peneirado por unidade de tempo, uma vez que as aberturas das malhas podem ser parcialmente ocupadas pelos grãos mais grossos. Também, quanto mais próxima a granulometria do grão estiver do diâmetro da abertura da malha da peneira, mais difícil se torna a passagem dos grãos. Em malhas menores a passagem dos grãos é dificultada especialmente pelas forças de fricção e adesão.
Na separação da fração grossa da fina procedeu-se por via úmida, utilizando peneira com abertura de malha de 0,062mm. Os sedimentos retidos na peneira são recolhidos para o processamento da fração grossa e os que passaram da peneira foram direto para proveta, de onde se iniciou o processamento da fração fina.
A técnica da pipetagem determinou a quantidade de material fino existente nos intervalos dimensionais estabelecidos, baseando-se nas velocidades de sedimentação de cada uma dessas frações, por meio da coleta de amostras por pipetagem em intervalos de tempo definidos e em profundidades correspondentes a do material que acabou de sedimentar naquele momento.
A fração fina foi dividida em duas classes: silte e argila. Durante a pipetagem foi coletada a fração 9φ (< 0,002mm), que inclui todas as argilas, a permanecer na proveta as frações maiores que 5φ (< 0,064 a > 0, 002 mm), tendo assim, sua quantidade estipulada pela diferença de peso residual, correspondentes ao silte.
Para a classificação textural e interpretação de mecanismos deposicionais das amostras foi utilizado o diagrama triangular de Folk (1954) pois houve muitas amostras com percentuais significativos na fração cascalho. O diagrama ternário de Folk (1954) considera os percentuais de cascalho, areia e lama (soma do percentual de silte e argila), com a classificação textural para sedimentos mais grossos (Figura 7). Para sua confecção, as amostras foram analisadas quanto a suas classes texturais
24
e, em seguida, plotadas no diagrama. O software Triplot foi utilizado como ferramenta de auxílio na classificação textural dos sedimentos de acordo com o diagrama de Folk (1954).
Figura 7. Diagrama triangular para a classificação de sedimentos proposta por Folk (1954).
Fonte: Folk (1954).
Somando-se ao Diagrama de Folk, foi aplicado também o diagrama de Shepard (1954) (Figura 8). Isso se deve ao fato deste diagrama ternário ser o mais difundido nos estudos sedimentológicos, e pelas estruturas de dissipação, objeto de estudo do trabalho, possuírem considerável presença de níveis siltosos e argilosos, e a análise dessa disposição nas amostras torna favorável a identificação de horizontes que possuem essa característica.
As amostras foram analisadas quanto a suas classes texturais e, em seguida, plotadas no diagrama triangular de Shepard (1954). Ao contrário de outras classificações propostas anteriormente e que se concentravam em permitir inferências de caráter hidrodinâmico e de características do ambiente deposicional, como a de Folk (1954), o esquema de Shepard (1954) é puramente descritivo das características texturais dos sedimentos.
25 Figura 8. Diagrama triangular de classificação textural de sedimentos clásticos de acordo com Shepard (1954)
Fonte: Shepard (1954)
3.5. AQUISIÇÃO DE DADOS COM RADAR DE PENETRAÇÃO NO SOLO (GROUND
PENETRATING RADAR: GPR)
O radar de penetração no solo (GPR) atua por meio da emissão de pulsos eletromagnéticos de alta frequência (10 a 2500 MHz) via antena transmissora, que percorrem o substrato e são posteriormente captados pela antena receptora (Figura 9). Os pulsos são refletidos a medida que sua velocidade de propagação varia ao atravessar descontinuidades geológicas (planos de acamamento, fábrica e tamanho de grãos) e/ou variações do teor de umidade, densidade aparente, entre outras propriedades. O georradar é composto por dois módulos eletrônicos, um transmissor e outro receptor; antenas transmissoras (Tx) e receptoras (Rx), que podem ser blindadas ou não; unidade de controle central; odômetro, usado para medir a distância percorrida ao longo do perfil; e cabos de fibra óptica usados para conectar os módulos eletrônicos à unidade de controle onde são gerados os radargramas.
26
Figura 9. Ilustração esquemática para demonstrar o funcionamento de um equipamento de GPR.
Fonte: Neal (2004).
Segundo Davis e Annan (1989), as propriedades dos materiais que controlam o comportamento das ondas eletromagnética no GPR são:
Condutividade elétrica (dominante em frequências <1MHz) Lei de Ohm: 𝐽 = 𝜎𝐸⃗⃗
Equação constitutiva relaciona a densidade da corrente elétrica ( 𝐽 ) ao campo elétrico ( 𝐸⃗⃗ ), por meio da condutividade elétrica (σ), uma propriedade física que expressa a capacidade de um material em transmitir corrente elétrica, ou de acordo com a lei de Ohm, a facilidade com que a corrente elétrica atravessa um meio material.
Permissividade dielétrica (dominante em frequências >1MHz) 𝐷⃗⃗ = 𝜀𝐸⃗⃗ ;
𝜀
𝑟= 𝜀 , 𝜀0 é igual a 8,85x 10-12 F/m𝜀0
A permissividade dielétrica (ε) expressa a característica de um material em armazenar cargas elétricas. Essa propriedade é definida pela equação que relaciona a intensidade do campo elétrico (𝐸⃗⃗) à corrente de deslocamento ou à polarização (𝐷⃗⃗). Em aplicações GPR, usa-se a permissividade dielétrica relativa (εr) (conhecida também como constante dielétrica), que relaciona a permissividade
27 dielétrica do material com a permissividade dielétrica do vácuo (ε0).
Permeabilidade magnética: 𝐵⃗ = µ𝐻⃗
A constante de permeabilidade magnética (μ) mensura a capacidade de um material em se polarizar quando submetido a um campo magnético, ou ainda, é a capacidade que um meio tem em armazenar campo magnético. Esta propriedade é definida pela relação entre a força do campo magnético ( 𝐻⃗ ) com a indução magnética (𝐵⃗ ).
O tempo entre a transmissão, reflexão e recepção das ondas eletromagnéticas registradas pelo equipamento é conhecido como tempo duplo de propagação (medido em nanossegundos), e é dependente da velocidade de propagação das ondas no meio, determinada pela permissividade dielétrica do material (também mencionada como constante dielétrica). Portanto, a determinação da constante dielétrica é fundamental para converter o tempo duplo de propagação do sinal em profundidade.
Com relação a profundidade de penetração e qualidade dos dados, o GPR possui sua propagação relacionada a antena utilizada na aquisição. Conforme Tabela 01, quanto menor a frequência, maior a profundidade, porém menor o detalhe. Em contrapartida, quanto maior a frequência, menor a profundidade e maior o detalhe.
Tabela 1. Correlação da frequência central da antena versus profundidade da investigação.
As profundidades citadas tratam-se de valores médios. Frequência central da antena X Profundidade de penetração
16 MHz 50 m 40 MHZ 35 m 70 MHz 25 m 100 MHz 20 m 200 MHz 7 m 270 MHz 6 m 400 MHz 4 m 900 MHz 1 m 1000 MHz 1 m 1600 MHz 0.5 m 2200 MHz até 0,75 m Fonte: www.geophysical.com (2019).
Os sinais de GPR são visualizados em radargrama, que consiste em uma imagem 2D onde o eixo horizontal (X) representa a distância entre o início e o término do transecto e o eixo vertical (Y) corresponde ao tempo duplo de propagação das ondas, representado em profundidade (Figura 10).
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Figura 10. Seção representativa de um radargrama.
Fonte: Elaborado pelo autor (2019)
3.5.1. Atenuação do Sinal
As ondas eletromagnéticas, ao se propagarem no meio, começam a perder sinal (atenuação) por dispersão geométrica da frente de ondas, sofrendo efeitos de polarização (absorção) e dispersão. Além desses fatores, a composição mineral do depósito, a saturação do solo em água, os íons dissolvidos e a presença de porosidade, tornam o meio mais condutivo (ANNAN, 1992) e, consequentemente, torna a absorção do sinal mais expressiva. Adicionalmente, existem alguns fatores, externos ao levantamento, que contribuem para a atenuação do sinal, como: cabos de transmissão de energia elétrica, transmissor de rádio/celular, automóveis, superfícies metálicas, entre outros, (ANNAN, 1992). A relação entre determinados materiais e os valores referentes às suas propriedades físicas são listados na Tabela 2.
Tabela 2. Valores de constantes dielétricas e condutividades de alguns materiais em condição seca ou saturada.
Material Constante Dielétrica Ε
Condutividade Elétrica -σ- (mS/M)
Areia seca e cascalho 2 – 6 0,01
Areia Saturada 20 – 30 0,1 – 1
Argila (seco/saturado) 5 – 40 2 – 1000 Solo argiloso (seco/saturado) 2,4 – 15 0,27 – 15 Solo arenoso (seco/saturado) 2,5 – 25 0,14 – 6,9
Fonte: Modificado de Annan (1992).
3.5.2. Perfilagem com GPR
As perfilagens com GPR foram realizadas longitudinalmente à rampa arenosa. As aquisições foram feitas por meio do sistema GPR da GSSI, com antenas de 400 MHz, 200 MHz e 70MHz que
29 fazem parte dos equipamentos tombados no Laboratório de Geodinâmica Superficial podendo atingir até 25 metros de profundidade (Tabela 3).
Tabela 3. Antenas utilizadas e suas profundidades.
Frequência da Antena Profundidade de Penetração
70 MHz 25 m
200 MHz 7 m
400 MHz 4 m
Fonte: Annan (1992)
3.5.3. Correção Topográfica
Concomitante e paralelamente à perfilagem com GPR foi executado levantamento topográfico a partir da técnica de caminhamento expedito com nível de mão (GODOY, 1988), por meio da utilização do GPS (Global Positioning System) da marca Trimble R6, mira e trena.
O levantamento topográfico foi realizado em quatro etapas (Figura 11): i) Foi delimitada uma linha de levantamento altimétrico, estabelecida o mais próximo possível do caminhamento da aquisição GPR, para diminuir os possíveis erros de compilação; ii) Para delimitar a posição inicial, os locais com maiores variações altimétricas e posição final da linha de caminhamento, foram estaqueados vários pontos; iii) Foi percorrida a linha de caminhamento, saindo do ponto inicial até o final, medindo-se os ângulos verticais inicial e final e a distância que compõem tal linha; iv) Após, inicia-se a medida de um ponto até o outro se colocando balizas na origem e no final de cada alinhamento e pelo processo de medição direta, são anotadas as distâncias dos alinhamentos verticais, somando-se a necessidade de a cada dois alinhamentos consecutivos medir-se a linha inteira que os une.
30
Figura 11. Demonstração da correção topográfica por caminhamento expedito.
Fonte: NBR 13133 (1994)
3.6. PÓS-PROCESSAMENTO E INTERPRETAÇÃO DOS RADARGRAMAS
O processamento de dados GPR consistiu em converter o tempo duplo em profundidade, e dimensionar a relação sinal/ruído por etapas de processamento a partir da utilização do software Radar Data Analyzer versão 7.4.15.0814 (RADAN 7) para Windows e Reflex-win (versão 7.2.3).
Os principais procedimentos adotados em um processamento de dados de GPR (ANNAN, 1992) são descritos no Quadro 1. Seguir essas etapas é fundamental para a eliminação de ruídos diversos, assim como para a avaliação da qualidade de resposta do sinal e para a correção topográfica do registro.
Quadro 1. Descrição dos principais procedimentos envolvidos no processamento de dados GPR.
Etapas Descrição
Correção Tempo Zero em função do tempo exato em que a primeira onda se propagou Remoção de registros indesejados e ajuste dos traços de radar entre as antenas transmissora e receptora.
Empilhamento Utilizado para comprimir um perfil GPR longo de mais para uma análise homogênea.
Restauração de Ganho Remove o ganho aplicado durante a aquisição dos dados em campo.
Aplicação de Filtros Passa banda Alta e baixa
Remove ruídos de alta e baixa frequência que estejam fora da banda de frequência central da antena utilizada.
31 Fonte: Elaborado pelo autor (2019).
A interpretação de radargramas neste trabalho foi baseada no reconhecimento de refletores e sua continuidade lateral, que revelam estruturas compatíveis com o arcabouço desenvolvido na rampa arenosa. A identificação destes refletores e sua compatibilidade com a rampa arenosa foi possível por meio da correlação entre as trincheiras e os refletores, com as informações de sondagem, tornando possível a identificação das estruturas observadas posteriormente durante o trabalho de campo (NEAL, 2004). Estruturas de dissipação, truncamentos e canais de deposição são estruturas estratigráficas comuns no ambiente de estudo e são objeto de identificação na interpretação dos radargramas neste trabalho de pesquisa.
A delimitação e identificação destas estruturas foi realizada pela caracterização dos conjuntos de refletores, tendo como base a aplicação dos princípios da sismoestratigrafia. (Figura 12), (ROQUE, 1998).
Desempilhar Descomprime o perfil, retornando ao seu tamanho original.
Remoção de ruído de fundo terrestres diretas, realçando os sinais que variam lateralmente. Remove os ruídos de fundo causados por ondas aéreas e
Migração hiperbólicas a alvos pontuais, corrigindo geometricamente os Remove difrações, distorções, através da redução de feições refletores sobre um plano 2D.
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Figura 12. Representação esquemática para análise dos refletores nos radargramas.
Fonte: Roque (1998)
Para a definição dos refletores do radargrama de acordo com os parâmetros de leitura dos refletores elaborado por Roque (1998), a identificação dos pacotes e padrões de refletores foi possível a partir da aplicação da proposta de Lemos (2017), conforme Figura 13.
Figura 13. Padrões para a interpretação de refletores em radargramas.
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4. CONTEXTO GEOLÓGICO
A rampa arenosa estudada neste trabalho está situada em extensão de proteção ambiental do Parque Estadual da Serra do Tabuleiro (limitação conforme lei nº14.661/2009), mais especificamente, situada em tombolo que separa a Praia da Pinheira e a Praia da Guarda do Embaú, no município de Palhoça (SC). Trata-se de uma pequena praia, aberta para ENE, localmente denominada por “Prainha” (Figura 14A). Provavelmente em função da sua orientação, a faixa de areia da praia fornece sedimentos que são carregados pelos ventos predominantes e de maior intensidade no litoral de Santa Catarina, do quadrante NE. Em função disso, sedimentos eólicos são transferidos para o maciço rochoso adjacente, formando rampa arenosa que articula a encosta granítica à praia (Figura 14B).
Figura 14. (A) Imagem aérea da área de estudo - Parque estadual da Serra do Tabuleiro (limitação conforme lei nº14.661/2009); (B) Vista da rampa arenosa em relação a encosta granítica
Fonte: Elaborado pelo autor (2019) Granito
Rampa arenosa B
34
O Parque Estadual da Serra do Tabuleiro é a maior unidade de conservação de Santa Catarina, com 84,130 hectares foi criado pelo decreto n° 1.260/75, para proteger a biodiversidade da região e os mananciais hídricos da Mata Atlântica. Este Parque ocupa cerca de 1 % do território catarinense e abrange os municípios de Florianópolis, Palhoça, Santo Amaro da Imperatriz, Águas Mornas, São Bonifácio, São Martinho, Imaruí e Paulo Lopes. Em sua extensão, são encontradas formações de restinga, manguezal, floresta ombrófila, mata nebular e campos de altitudes. Neste parque, também ocorrem as nascentes de rios como o da Vargem do Braço e Cubatão, principais fontes de água para a Grande Florianópolis e regiões do litoral sul do Estado. As águas desses rios surgem em nascentes nas cabeceiras de topo dos planaltos do parque, em altitudes que variam de 900 a 1.260 metros acima do nível do mar. O parque reúne cinco das seis composições vegetais que ocorrem no Estado de Santa Catarina, desde o litoral às áreas de topo: pelas vegetações de Restinga; Floresta Pluvial da Encosta Atlântica; Matinha Nebular; Pinhais e Campos de Altitude. A Lei Estadual 14661 de 2009, modificou a área do Parque, reduzindo sua área de proteção permanente original, para desmembrar três áreas de proteção ambiental, em função da pressão exercida pelas atividades de interesse econômico no entorno e do parque (Figura 15).
Figura 15. Três áreas de proteção ambiental do Parque Estadual da Serra do Tabuleiro.
35 Em função de suas dimensões e da forma pela qual o parque foi criado, vários problemas de ordem territorial subsistem e têm protelado a efetivação do plano de manejo dessa unidade de conservação. No vácuo criado pelo conflito socioambiental (RANDOLPH & BESSA, 1993), o Parque Estadual da Serra do Tabuleiro tem suas águas e solos expostos ao uso tradicional desses recursos, em que fazia a população local antes do decreto de 1975. A esse uso acresce ainda a pressão causada pela curiosidade e pelo turismo esportivo e ecológico, fatores que dificultaram a gestão de seus recursos ambientais.
4.1. ASPECTOS GEOLÓGICOS DA ÁREA
Segundo CPRM (2014), as unidades estratigráficas que ocorrem na área são: granitos, riolitos, tonalitos e dititos (Batólito Florianópolis) e coberturas sedimentares quaternárias costeiras (Figura 16; Quadro 2).
Figura 16. Mapa Geológico em detalhe da área de estudo. (A) área de estudo em relação ao município de Palhoça; (B) Parque Estadual da Serra do Tabuleiro; (C) Mapa geológico e a localização do ambiente de estudo.
36
Quadro 2. Quadro estratigráfico elaborado a partir do Mapa Geológico de Santa Catarina (CPRM, 2014).
ERA PERÍODO LITOLOGIA ESTRATIGRÁFICAS UNIDADES
Cen
ozo
ico
Qu ater nár io Depósitos de planície lagunar.Areias síltico-argilosas, mal selecionadas com laminação plano-paralela incipiente.
Coberturas Sedimentares Depósitos
eólicos
Areias quartzosas finas a médias, bem arredondadas e selecionadas; rara laminação plano-paralela, estratificação cruzada comum; cores claras, creme e amarelas, com morfologia de dunas transversas e barcanas arranjadas às margens de praia, com depósitos limitados de areias eólicas subatuais.
Depósitos de feixes de restinga
Areais quartzosas finas a médias, bem selecionadas, cores claras, creme e amareladas, eventualmente com estratificações cruzadas relacionadas à praia, com morfologia de cristas arranjadas subparalelas às margens de praias atuais.
Depósitos aluvionares
Areias grossas a finas, cascalheiras e sedimentos siltico-argilosos, em calhas de rios e planícies de inundação.
Protero
zó
ico
E dia jca ran o Granito Serra doTabuleiro Biotita Sienogranito e Leucossienogranito.
Batólito Florianópolis Tonalito
Forquilha
Tonalitos, Quartzo-Dioritos e Quartzo-Monzodioritos
Riolito
Cambirela Riolitos, Riodacitos e Dacitos.
Granito Ilha Biotita Monzogranitos e Leucossienogranitos
C
rio
gen
ian
o Diorito Silveira Dioritos, Quartzo Dioritos
Granitoides
Santo Antônio Monzogranitos.
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5. RESULTADOS
5.1. FÁCIES SEDIMENTARES
As estruturas sedimentares foram identificadas em duas trincheiras abertas ao longo do traçado da perfilagem com GPR (ver Figura 5C). Cada trincheira teve dimensão de 1 m2 (Figura 17).
Figura 17. (A) e (B) corresponde a trincheira aberta próximo da base da Rampa arenosa; (C) e (D) corresponde a trincheira aberta próximo ao topo da Rampa arenosa (ver Figura 5C).
Fonte: Elaborado pelo autor (2019) Na trincheira 1, aberta na base da rampa arenosa (Figura 17A e 17B), foram observadas areias com estruturas sedimentares no topo: estratificação plano-paralela horizontal e estratificação cruzada de baixo ângulo, geralmente, evidenciadas por níveis de minerais pesados, além de superfícies de reativação (r) e estruturas de escavação e preenchimento. Depósitos de cascalho ou areia muito grossa apresentam estrutura maciça e, geralmente, ocorrem na base dos sets ou na superfície da rampa arenosa.
Diferentes pacotes apresentam mudança de coloração, na disposição dos planos da laminação. Duas camadas de silte argiloso na base (com cerca de 30 cm) e no topo (com cerca de 10cm), cinza escuro avermelhado (Figura 17B), foram registrados na trincheira, tendo laminação plano-paralela incipiente e maciça, com raízes em profundidade aproximada de 75 cm (Figura 17C-D). Marcas onduladas ou deformadas indicam processo de fluidização.
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5.2. GRANULOMETRIA DOS SEDIMENTOS
Os sedimentos analisados, ao longo de uma sondagem com 2,2 m de profundidade realizada na rampa arenosa, foram classificados, predominantemente, como areia fina (Af: 47 a 70 %), média (Am: 8 a 28 %) e areia muito fina (Amf: 1,9 a 12 %) (Tabela 4).
A Tabela 4 apresenta os dados granulométricos em 34 amostras coletadas na sondagem. Da base para o topo, no longo do perfil da sondagem, os sedimentos são caracterizados, predominantemente, como: bem selecionados (Intervalo 1), moderadamente selecionados (Intervalos 2 e 3), pobremente selecionados (Intervalo 4), e bem selecionados (Intervalo 5) (Figura 18 A).
O domínio de sedimentos muito finos a moderadamente selecionados indica deposição por agente geológico capaz de segregar melhor as partículas (baixa viscosidade) que, geralmente, está associado a um ambiente eólico.
As curvas de distribuição granulométrica dos sedimentos foram caracterizadas como simétricas para o intervalo de areias finas, a levemente assimétricas para areias finas com contribuição de areias médias (Figura 18B).
Tabela 4. Dados granulométricos das amostras de sedimentos da Rampa arenosa, em percentuais relativos (%) entre as frações granulométricas coletadas ao longo de uma sondagem de 2,2 m na Rampa arenosa (ver localização na Figura 5). (Gr: grânulos; Amg: areia muito grossa; Ag: areia grossa; Am: areia média; Af: areia fina; Amf: areia muito fina; Si: silte; e Ar: argila).
Amostra Gr Amg Ag Am Af Amf Si Ar Total
PR 01 0.1 0.3 0.2 7.0 83.3 6.2 2.8 0.0 100 PR 02 0.3 0.4 0.6 13.1 73.6 7.6 2.2 2.2 100 PR 03 1.7 1.0 0.7 19.9 59.0 9.7 4.7 3.3 100 PR 04 0.9 1.0 0.4 8.0 65.6 13.4 8.0 2.7 100 PR 05 9.8 2.0 0.3 8.5 55.8 12.3 1.2 10.1 100 PR 06 4.5 2.4 0.8 11.4 49.4 12.2 8.5 10.6 100 PR 07 5.9 4.5 1.5 11.4 36.9 9.9 6.4 23.5 100 PR 08 14.9 3.9 0.7 6.5 32.8 9.1 7.9 24.2 100 PR 09 4.8 2.9 0.3 1.9 42.4 14.3 9.4 24.0 100 PR 10 3.3 2.2 0.3 0.4 46.9 13.2 11.4 22.4 100 PR 11 2.7 1.9 1.2 12.6 47.9 12.1 9.4 12.1 100 PR 12 2.9 1.4 1.2 17.2 47.2 8.9 4.0 17.1 100 PR 13 2.3 2.1 1.0 13.5 42.6 10.1 8.6 19.8 100 PR 14 1.1 1.3 0.8 15.9 44.7 7.9 4.1 24.2 100 PR 15 3.9 1.7 0.8 14.5 42.7 6.9 9.9 19.5 100 PR 16 2.4 1.5 1.1 18.8 45.2 6.7 3.4 21.0 100 PR 17 3.5 2.2 1.1 17.7 46.0 7.4 4.7 17.4 100 PR 18 1.0 0.8 0.3 12.2 54.5 9.2 6.1 16.0 100 PR 19 0.9 1.2 0.8 22.3 50.3 6.1 1.4 16.9 100 PR 20 1.1 0.9 0.9 20.4 51.5 7.6 2.9 14.8 100 PR 21 1.0 0.5 0.4 19.1 57.3 7.4 2.1 12.3 100 PR 22 1.0 0.6 0.1 20.6 59.0 6.3 4.5 8.0 100 PR 23 0.2 0.0 0.1 15.6 67.1 7.8 3.5 5.6 100 PR 24 0.2 0.1 0.3 27.1 62.2 4.0 3.0 3.2 100 PR 25 0.0 0.1 1.0 40.0 52.6 1.9 1.5 2.8 100 PR 26 0.0 0.1 0.9 37.2 57.5 1.3 0.3 2.8 100 PR 27 0.0 0.0 0.3 29.6 66.5 1.1 1.7 0.8 100 PR 28 0.0 0.0 0.3 31.1 61.0 3.6 2.4 1.6 100 PR 29 0.0 0.0 0.3 33.5 63.6 0.9 0.1 1.6 100 PR 30 0.1 0.1 0.1 26.0 68.2 2.4 3.1 0.0 100 PR 31 0.0 0.0 0.1 30.7 66.5 1.1 1.6 0.0 100 PR 32 0.0 0.0 0.1 23.4 70.6 3.1 2.9 0.0 100
39 PR 33 0.0 0.0 0.0 18.4 76.4 2.6 2.6 0.0 100
PR 34 0.0 0.0 0.1 24.1 72.6 1.7 1.5 0.0 100 Fonte: Elaborado pelo autor (2019)
Figura 18. (A) Representação da distribuição granulométrica das amostras coletadas em uma sondagem (ver Figura 5C), e (B) curvas de seleção dos sedimentos por intervalo amostrado.
Fonte: Elaborado pelo autor (2019)
No diagrama de Folk (1954) (Figura 19A) os dados granulométricos se distribuem nos campos em que correspondem areia (60%), areia levemente cascalhosa (5%), areia lamosa levemente cascalhosa (30%) e areia lamosa com cascalho (5%). No diagrama de Shepard (1954) os dados granulométricos se distribuem nos campos 9 e 5 (Figura 19 B), em que correspondem à fração areia (80 %) e areia argilosa (20 %). Estes dados demonstram a existência de amostras com a presença de silte, argila e cascalho, que
