considerações sobre a geoquímica e dinâmica sedimentar do lago

Meio FísicoCapítulo 4

Considerações sobre a geoquímica edinâmica sedimentar do Lago Tupé

RESUMO - Os sedimentos refletem a atuação dos parâmetros ambientais por um longoperíodo de tempo, constituindo um registro da dinâmica local. Os sedimentos secaracterizam a partir da sua granulometria, morfometria, análise textural e composiçãomineralógica. Os objetivos principais deste trabalho foram estudar os sedimentos da baciado lago Tupé em seus aspectos granulométrico e textural, identificando as formassedimentares que compõem o leito do lago, identificar os processos erosivos na região docanal de conexão, e apresentar um modelo de fluxo sedimentar para o sistema. Acomposição granulométrica dos sedimentos superficiais da região do lago Tupé variou de96,90% a 99,99% de areia; 0,01% a 2,74% de silte e de 0,0% a 0,38% de argila. Os teores dematéria orgânica oscilaram entre 0,7% e 3,9%. O predomínio das classes de 0,5 a 0,3mm e0,25 a 0,125mm na área do canal, indicam uma influência mais acentuada das correntessobre as partículas mais finas. A estação EC11, localizada no canal de conexão, apresentouum grau de erodibilidade teórico superior a 9.900, um valor muito alto em comparação a

Fábio Marques APRILE

Assad José DARWICH

José Carlos RAPOSO

[email protected]

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Instituto Nacional de Pesquisas da Amazônia, Coordenação de Pesquisas em Biologia AquáticaAv. André Araújo 2936, Caixa Postal 470 Manaus, AM, 69060-001

Biotupé: Meio Físico,Diversidade Biológica e Sociocultural do Baixo Rio Negro, Amazônia Central

SANTOS-SILVA, APRILE, SCUDELLER,

Editora INPA, Manaus, 2005

Edinaldo Nelson Fábio Marques Veridiana VizoniSérgio MELO (Orgs.),

região dos igarapés de floresta. No entanto, o alto grau de coesão entre as partículas reduzdrasticamente a probabilidade de erosão na região.

PALAVRAS-CHAVE: dinâmica sedimentar, processos erosivos, granulometria,sedimentologia.

70

Aprile .et al

Introdução

Gênese dos Sedimentos

Os sedimentos são definidos como o materialoriginado da destruição de qualquer tipo de rocha oumaterial de origem biológica, formando substrato nãoconsolidado, geralmente depositado no leito dossistemas hídricos. Segundo Abessa (1996) os sedimentospossuem quatro componentes: fase sólida inorgânica,que inclui fragmento de rochas e grãos mineraisresultantes da erosão terrestre; água intersticial, quepreenche os espaços entre as partículas, podendo chegara 50% do volume, matéria orgânica, que ocupa umpequeno volume, mas é fundamental na regulação dabiodisponibilidade dos elementos, e materiaisantropogênicos, incluindo substâncias químicas.

Do ponto de vista de ciclagem de matéria e fluxode energia, o sedimento é um dos compartimentos maisimportantes dos ecossistemas aquáticos continentais(Esteves, 1998). Sua formação e comportamento sãoresultados integrados de fatores físicos, químicos ebiológicos que ocorrem no lago, os quais por sua vez, sãoparticularmente influenciados pela origem, forma eorientação da bacia de drenagem, pelas condiçõesclimáticas da região, e sua cobertura vegetalpredominante (Coutinho Barbosa, 1986).

Os sedimentos refletem a atuação dosparâmetros ambientais por um longo período de tempo,constituindo um registro da dinâmica local. Nessesentido, é possível revelar informações sobre os animaise vegetais que existiram em uma determinada área,através de fósseis e componentes químicos, identificareventos geológicos pretéritos e, avaliar as várias formase intensidades dos impactos ocorridos em umdeterminado ecossistema, desde que não haja um hiatode tempo geológico significativo. Dessa forma, ossedimentos passaram a ser objeto de estudo daestratigrafia, palinologia, geoquímica e maisrecentemente da paleolimnologia e paleosedimentolo-

&

gia.Os sedimentos podem ser classifi-

cados quanto à composição químicaem sedimentos orgânicos e inorgâni-cos. Os sedimentos orgânicos estãonormalmente localizados nas camadasmais superficiais do leito, sãosedimentos recentes, com grandequantidade de componentes animais evegetais em processo de decomposi-ção. Já os sedimentos inorgânicos sãocaracterizados pelo predomínio desílica, quartzito, argila e elementosmetálicos. Com relação a origem, ossedimentos podem ser autóctones ealóctones. Autóctone, palavra origina-da do grego ( ) que significa por sipróprio ou de si mesmo, é o sedimentoque se formou por processos químicosou biológicos no próprio lugar onde seencontra, não sofrendo nenhum tipode transporte. Alóctone, do grego( ), significa que ou quem não éoriginário do local onde existe ouhabita. Os depósitos alóctones sãoconstituídos por materiais de outrasáreas, exógenos.

Os sedimentos autóctones são umtestemunho das características de umaregião, enquanto que o estudo dossedimentos alóctones, seja através daanálise granulométrica, seja noaspecto textural, permite compreen-der os processos e identificar os fluxosda dinâmica sedimentar.

autós

állos

Considerações sobre a geoquímica e dinâmica sedimentar do Lago Tupé

71

Análise Granulométrica

Os sedimentos se caracterizam apartir da sua granulometria, morfome-tria, análise textural e composiçãomineralógica. Dentre as propriedadesfísicas dos sedimentos, o tamanho,forma e arranjo espacial dos compo-nentes mineralógicos são as maisestudadas.

O tamanho das partículas de rochassedimentares detríticas, como as queocorrem na região do lago Tupé,constitui uma propriedade texturalfundamental muito utilizada na classi-ficação dos sedimentos clásticos. ParaAprile (2001) a análise granulométricaconstituí a base para uma descriçãoprecisa dos sedimentos. Através deseus resultados, pode-se obter infor-mações bastante precisas sobre osprocessos físicos atuantes durante asedimentação, além de permitir traçarum fluxo da carga sedimentar naregião pesquisada.

A caracterização granulométrica éfeita pela determinação dasporcentagens em massa dos grãos, emcada classe granulométrica (frações).Vários métodos têm sido utilizadospara relacionar as classes granulomé-tricas com o ambiente deposicional.Udden (1898) foi um dos primeiros adesenvolver uma escala granulométri-ca para sedimentos. Em meados dadécada de 50, Shepard (1954) eShepard Moore (1954) utilizaram umdiagrama triangular para mostrarmisturas entre as frações. Posterior-mente, Folk Ward (1957) e MasonFolk (1958) utilizaram-se de parâme-tros estatísticos para estudar adinâmica sedimentar.

Não existe uma escala universal-mente aceita para a interpretação dasanálises granulométricas, sendo que

&

& &

cada escola, sejaAmericana, Européia ouAsiática, adotasua escala-padrão. Os limites estabelecidos para asvárias classes granulométricas são mais ou menosarbitrários, mas, segundo Wentworth (1933) as principaisclasses granulométricas estariam intimamentecorrelacionadas aos modos fundamentais de transportepor água corrente ou com os diferentes modos dedesintegração da rocha-matriz. Segundo Suguio (1994) aescala de Wentworth (1922) tem sido adotada semmuitas ressalvas pelos sedimentólogos brasileiros. Asescalas classificam as frações sedimentares segundo otamanho da partícula ou intervalo granulométrico (Tab.1).

Tamanho da partícula

(mm)

Descrição

> 256 matacão

256 – 64 calhau

64 – 4,0 seixo

4,0 – 2,0 grânulo

2,0 – 1,0 areia muito grossa

1,0 – 0,50 areia grossa

0,50 – 0,25 areia média

0,25 – 0,125 areia fina

0,125 - 0,062 areia muito fina

0,062 – 0,031 silte grosso

0,031 – 0,016 silte médio

0,016 – 0,008 silte fino

0,008 – 0,004 silte muito fino

< 0,004 argila

Tabela 1. Classificação dos sedimentos baseada nos trabalhosde Wentworth (1922) segundo a análise granulométrica.

Outras classificações sugeridas a partir de estudosdos diâmetros-padrão dos grãos bastante conhecidassão: Krumbein (1936); Krumbein Pettijohn (1938);Krumbein Rasmussen (1941); Young (1966) e Müller(1967).

De acordo com Furtado (1978) a análisegranulométrica reflete diretamente o comportamento

&&

72

hidrodinâmico do ambiente de estudo. Bagnold (1941)utilizou o comportamento hidrodinâmico na definição deareia, concluindo que a areia teria a capacidade deacumulação espontânea, que consiste na utilização daenergia do meio de transporte para reunir os grãosespalhados, deixando a superfície isenta de partículas.Para Maglioca Kutner (1964, 1965) esse comportamen-to hidrodinâmico interfere na variação da concentraçãode matéria orgânica no ambiente. A matéria orgânicacimentante está normalmente associada a fraçõesinferiores a 0,062mm de diâmetro e, pode ser separadapara análise com uso de floculantes comohexametafosfato de sódio, ou líquidos pesados, comobromofórmio (CHBr ) e tetrabromometano (C H Br ).

Esta pesquisa visou estudar o comportamentogeoquímico e sedimentológico dos sedimentossuperficiais da bacia do lago Tupé, levando emconsideração a granulometria, análise textural,processos físicos e químicos atuantes (intemperismo eerosão), gerando um modelo dos processos erosivos e dadinâmica sedimentar para o sistema.

Esta pesquisa foi realizada durante o ciclo hidrológico2003/2004 na área da bacia do lago Tupé,compreendendo doze pontos de amostragem desedimentos no lago, incluindo um ponto no canal deconexão e um no rio Negro. Foram determinadas acomposição granulométrica e análise textural dossedimentos superficiais através das técnicas depeneiramento e separação fracionada, utilizandopeneiras da série TYLER abertura de malhas 2; 1; 0,5;0,3; 0,25; 0,125; 0,063; 0,053; 0,032 e 0,016mm,seguindo a classificação proposta por Shepard (1954) eSuguio (1973). Para determinar a percentagem dasfrações de silte grosso, médio e silte fino associado aargila (< 0,016 ), foi utilizado o procedimento depeneiramento úmido, com lavagem através de águacorrente, desagregando as partículas de menor diâmetroe, determinando a massa seca do material amostradoantes e depois do procedimento metodológico. Sempreque necessário utilizou-se hexametafosfato de sódiocomo agente dispersante. Uma distribuição da classetextural dos sedimentos da bacia do lago foi elaborada

&

3 2 42

Materiais e Métodos

�

através do Diagrama Triangular deShepard (1954). Um estudo daerodibilidade dos solos marginais e ummodelo erosivo para o canal deconexão foi desenvolvido. Para tanto,levou-se em consideração os resulta-dos da composição granulométrica,análise textural, informações sobre aclassificação dos solos superficiais, eestudos sobre o trabalho erosivo e ofluxo de energia envolvido notransporte de material em suspensãona coluna de água. Também foielaborado um modelo da dinâmicasedimentar para a bacia, evidenciandoas influências lacustre e fluvial notransporte de sedimentos.

Como já foi mencionado, existeuma série de métodos de classificaçãogranulométrica. Dentre os maisutilizados está o diagrama triangularde distribuição de Shepard (1954). AFigura 1 apresenta os resultados daanálise granulométrica realizada parao lago Tupé e rio Negro a partir dessemétodo de classificação para o ciclohidrológico 2003/2004.

Através dos resultados foi possívelidentificar a presença de três gruposdistintos de classes sedimentares. Oprimeiro grupo (G1) compreende amaioria dos pontos amostrados, o queem termos de área significa o tiposedimentar predominante no lago.Nesse grupo foram incluídos ossedimentos classificados como areiafina silte argilosa. No segundo grupo(G2) estão as estações situadas nosigarapés de floresta da Helena, das

Resultados eDiscussão

Análise Granulométrica e Textural

Aprile .et al


73

Pedras e da Cachoeira, classificadoscomo sedimentos de areia fina siltosa.No terceiro grupo (G3) foram incluídosos pontos do canal de conexão (EC11) eo ponto amostrado no rio Negro, ambosclassificados como sedimentosarenosos. A composição granulométri-ca dos sedimentos superficiais daregião do lago Tupé variou de 96,90% a99,99% de areia; 0,01% a 2,74% de siltee 0,0% a 0,38% de argila. Os teores dematéria orgânica oscilaram entre 0,7%e 3,9%.

A aplicação do método de isovalo-res contínuos permitiu evidenciar trêsestações com predomínio da areiamuito fina associada as frações siltosase argilosa sobre as demais frações, é ocaso das estações ET1, EI6 e ET10. Naestação central (ET10) a concentraçãode partículas mais finas é explicadapela geomorfologia local. O trecho demaior declividade termina próximo aocruzamento dos braços maior e menordo lago, onde se localiza a ET10, dessemodo, com a redução brusca davelocidade de transporte o materialem suspensão sedimenta com maisfacilidade. Os sedimentos do canal deconexão (EC11) e do rio Negro (EN12),como era esperado, apresentaram asmaiores concentrações de areia médiae grossa. O predomínio das classes de0,5 a 0,3mm e 0,25 a 0,125mm na áreado canal, indicam uma influência maisacentuada das correntes sobre aspartículas mais finas, que entram oupermanecem em suspensão, sendocarreadas pelo fluxo contínuo daságuas. A ausência da deposiçãosedimentar nessas estações (EC11 eEN12) reflete a importância dadinâmica fluvial para a região. Outrofato observado é uma faixa crescenteda concentração de argila e argilacoloidal, que vai da entrada do canal

de conexão na direção dos igarapés de floresta, seja emdireção das estações ET7 e EI8 seja para ET5 e EI6 (Fig.2). Essa faixa, bastante nítida, revela umaheterogeneidade dos sedimentos superficiais em relaçãoaos teores de matéria orgânica. Os colóides, sãopartículas com características bem peculiares, quepertencem a um estado da matéria muito estudado emsedimentologia. Trata-se de um complexo argila -composto orgânico que é pesado demais para ter ocomportamento de íon, e fino e leve demais pararespeitar as fórmulas físicas de tensão interna. Em lugarde decantar, este tipo de partícula realiza no fluído ummovimento aparentemente aleatório, denominadomovimento browniano. Acredita-se que no lago Tupé amatéria orgânica associada a argila é provenientediretamente da decomposição e lixiviação daserapilheira no entorno do lago, enquanto que a argila éliberada de determinados solos marginais a partir dosprocessos de intemperismo e erosão.

O tipo de grão presente nos sistemas fluviais elacustres é muito variado, apresentando alterações notamanho, cor e textura, de acordo com as condiçõesgeológicas e climatológicas de cada região. Pettijohn(1940) estudando o tamanho das partículas de materialclástico em mais de 1.000 amostras, observou umadeficiência nas classes de 2mm a 4mm (areia muitogrossa a grânulos) e de 1mm a 2mm (areia grossa a muitogrossa). Muitos autores contudo, não acreditam ser este

Figura 1. Classificação dos sedimentos superficiais do lago Tupée rio Negro para o ciclo hidrológico 2003/2004 com base notrabalho de Shepard (1954).

100%

100%

100%

0%

0%

0%

Silte

Areia

Argila

G1

ET1ET5EI6EI7EI8ET10

EI2EI3Ei4

EC11EN12

G2

G3

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um fato generalizado. Russell (1968) sugeriu que a causada aparente escassez dos grânulos em depósitos fluviaise lacustres dinâmicos, estaria relacionada ao fato de queestes grãos são transportados mais rapidamente que asareias às quais se acham associados. Então seriam, emconseqüência disso, eliminados dos lagos e rios eacumulados em ambientes marginais (praias) ouestuários. Em estudos sobre os processos sedimentaresna planície costeira do baixo rio Doce, no Estado doEspírito Santo, Aprile . (1998, 2001) encontrarampercentuais de areia grossa e muito grossa na foz do rioDoce que variaram 67,9% (estiagem) a 95,5% (chuvas).Estudos sobre a dinâmica sedimentar local revelaram, noentanto, que esse material não era de origem fluvial,mas sim decorrente da influência marinha na região. Osautores observaram ainda que em virtude da variação dacompetência do rio, o transporte fluvial de grãos élimitado a partículas inferiores a 0,5mm.

A questão do grau de modificação da distribuiçãogranulométrica que pode ser introduzido pelos processos

et al

de transporte ainda não esta suficien-temente entendida. Em geral, oscascalhos e grânulos carreados pelosrios e lagos parecem diminuir detamanho em direção a jusante, emdecorrência da carga de sedimenta-ção. Contudo, quando se estudaregiões de alta energia, como a foz deum rio ou de um grande lago, pode-seobservar exatamente o processoinverso. Essa questão da distribuiçãogranulométrica está associada aquantidade de energia limite necessá-ria para o transporte e/ou precipitaçãodo grão (competência do sistemahídrico), e será abordada maisadiante.

O termo intemperismo é definidocomo o conjunto de processos oumodificações devidos à ação deagentes atmosféricos e biológicos quegeram a destruição física e a decompo-sição química dos minerais e rochas. Osfatores que controlam a ação dointemperismo são o grau de resistênciada rocha mãe a ação do tempo; oclima, que pode apresentar umavariação temporal (sazonalidade)através das chuvas e da temperatura; orelevo, que pode influir no regime deinfiltração e drenagem das águaspluviais e, os ecossistemas terrestres eaquáticos, cuja grande contribuição éo fornecimento de compostosorgânicos para os processos de decom-posição.

Os processos intempéricos atuamatravés de mecanismos modificadoresdas propriedades físicas dos minerais erochas, além de suas característicasquímicas. Em função dos mecanismospredominantes de atuação, sãoclassificados em intemperismo físico

Intemperismo

Figura 2: Isovalores dos percentuais de argila e argila coloidalpresentes nos sedimentos do lago Tupé para ciclo hidrológico2003/2004.

Aprile .et al

Argila+Coloides (%)

0.0 to 0.80.8 to 1.51.5 to 1.91.9 to 3.1

Altasedimentação

ET1

EI2EI3

EI4

N

ET5

EI6

-60.24-60.25

Long. W

-3.05

-3.04

-3.03

La

t.S

-60.26

altasedimentação

baixasedimentação

ET10

ET7

EI8

EC11EN12


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ou mecânico, químico ou biológico,este último ocorre quando a ação físicaou bioquímica de organismos vivos ouda matéria orgânica proveniente desua decomposição participa doprocesso (Suguio, 1994; Toledo .,2000). No ciclo de formação das rochassedimentares o intemperismo tem umpapel fundamental ao lado dasedimentação.

Na região amazônica a ação dointemperismo químico é predominan-temente mais acentuada, devido atemperatura e níveis de chuvas maiselevados. Em regiões como o lagoTupé, onde as rochas sedimentaresentram em contato com as águas derios e lagos de água preta, ocorrereações com os minerais formadoresdas rochas. Essas reações sãoaceleradas pelo fato das águas pretasserem ácidas (pH ~= 4,5) devido adissolução de CO que forma os ácidoscarbônicos, e a presença constante desubstâncias húmicas (ácidos húmicos efúlvicos) oriundas da decomposiçãodos compostos orgânicos. Uma análisequímica das águas dos lagos e rios podedetectar a presença de carbonatos nassuas várias formas, oriundos das rochassedimentares.

Reações de hidratação/hidrólise eoxiredução permitem a dissociaçãodos minerais da rocha mãe. O volumede material dissolvido depende daquantidade de água envolvida noprocesso. A velocidade e sentido dasreações de oxiredução dependem daconcentração de oxigênio dissolvido naágua, e do tamanho da camadaanaeróbica. Tratam-se de reaçõesenvolvendo os íons H+ e OH-, que dessaforma, acabam por modificar o pH doambiente.

Outra reação bastante comumdurante processo de intemperismo é a

et al

2

complexação, que ocorre quando um elemento metálicona sua forma iônica se associa a um composto orgânico.Esta reação ocorre com grande freqüência em áreas demineração, como é o caso do rio Madeira nos trechos altoe médio, onde o mercúrio na sua forma orgânica(metilmercúrio) se associa ao material em suspensão,precipitando na forma de complexo (quelação). Na baciado lago Tupé acredita-se não existir esse tipo de reaçãodurante o processo de intemperismo químico, por setratar de uma região relativamente bem preservada.

Os solos da Amazônia são predominantementeclassificados como oxissolo, um solo típico de regiõestropicais úmidas, altamente intemperizado, ácido epouco fértil, muito similar ao latossolo. Essecompartimento, junto com as rochas, garante através deprocessos químicos o fluxo de óxidos para as águassuperficiais e subterrâneas de toda a região (EMBRAPA,1999 Toledo ., 2000).

Segundo Ruxton (1968) a taxa relativa de mobilidadedos óxidos dos principais elementos químicos das rochas,oriundos da dissociação sedimentar, decresce,geralmente, na seguinte ordem: Ca > Na > Mg > K > Si> Fe > Al . Para o autor, as rochas submetidas aointemperismo químico tendem a perder muito maisóxidos de cálcio, sódio, magnésio e potássio do que ferroe alumínio, o que explicaria o "enriquecimento" dasrochas por estes últimos. Estudos realizados por Darwich(1995) no lago Camaleão, um lago de várzea amazônico,e no rio Solimões/Amazonas, revelaram um padrão dedominância iônica HCO > Ca > Mg > Na > Cl > Kdurante quase todo o ciclo hidrológico. Na região do lagoTupé, Darwich (2003, dados não publicados) encontrou aseguinte relação iônica na coluna de água K > Na > Ca >Mg . A concentração iônica na coluna de água de umdeterminado ecossistema, está diretamente ligada aosprocessos de degradação das rochas e fragmentação dossolos marginais, liberando compostos minerais. Dessemodo, pode-se dizer que a taxa crescente de íons nacoluna de água e inversamente proporcional a da rochamatriz.

A erosão é o processo de desprendimento e arrasteacelerado das partículas do solo causado pela ação daágua e/ou vento. A água é o mais importante agente de

apud et al

2+ +

2+ +

2+ 2+ + +

+ + 2+

2+

2+ + 2+

- -3

Processos Erosivos

76

erosão; chuvas, córregos, rios, todos carregam solo, asondas erosionam as costas dos mares e lagos, de fato,onde há água em movimento, ela está erodindo os seuslimites (Bertoni Lombardi Neto, 1999). A constanteredução da produtividade dos solos tem sido atribuídaprincipalmente à erosão hídrica e ao manejo inadequadodo solo. Outro aspecto de grande relevância é que oaporte de sedimentos oriundos de áreas que sofremerosão promove o assoreamento de rios e lagos,comprometendo a qualidade da água e alterando a vidaaquática, principalmente pela eutrofização (Martins

., 2003).Além do impacto direto da perda de solos para os rios

e lagos em decorrência da erosão, deve-se lembrar quejunto com os solos são carreados compostos orgânicos einorgânicos, que enriquecem o sistema hídrico. Os solosdas regiões tropicais, com as intensas chuvas, estão maissusceptíveis a erosão. A cobertura vegetal é de grandeimportância para a redução das perdas de nutrientes dossolos. Alguns solos erosionam mais que outros, mesmoque a intensidade de chuvas, declividade, coberturavegetal e práticas de manejo sejam as mesmas.

Durante muitas décadas os sedimentólogos têmtentado relacionar a quantidade de erosão medida nocampo com as várias características físicas do solo quepodem ser determinadas em laboratório. Bouyoucos(1935), através de vários experimentos, relacionou aerodibilidade do solo com a sua granulometria, sendodefinida como:

&

etal

direção ao canal (Fig. 5). O transportede partículas através de processoscomo escorregamento ou avalanchacoesiva, característicos de regiões deduna, com fluxo granular clássico(língua de areia) ou ainda cicatrizes deescorregamento produzidas poresforço distensivo, como relataGiannini Riccomini (2000), não sãoobservados na região. No trecho docanal o alto grau de coesão entre aspartículas reduz a ação dos processoserosivos drasticamente. Essa coesãoaparente da areia é controlada peloteor de umidade natural do solo e, éem muito responsável pela retençãodos solos marginais.

Outro fator que os autoresacreditam contribuir para os baixosíndices de erosão no trecho decomunicação rio/lago, é a baixaenergia despendida pelo rio Negrodurante os períodos de enchente evazante. Esse fato pode ser comprova-do observando-se a variação diária donível das águas descrito em AprileDarwich (2005, neste volume). Aságuas do rio Negro tendem a entrar nolago paulatinamente, interferindo omínimo possível no deslocamento daspartículas arenosas presentes àsmargens do canal de conexão.

A erosão em determinada áreafluvial ou lacustre, pode ocorrer emeventos isolados com distribuiçãotemporal discreta. Tais aspectos,associados as condições do meio, emparticular a sazonalidade, dificultam ainterpretação e/ou avaliação do graude alteração das condições naturais.Na região amazônica, em decorrênciado pulso de inundação, que altera ascondições físicas do sistema hídricoseqüencialmente, torna-se difícil acurto prazo detectar o resultado daação erosiva.

&

&

Aplicando a equação ( ) para os pontos amostrados,observa-se que o grau de erodibilidade obtido a partir dasproporções de areia, silte e argila variou de 260 a valoressuperiores a 9.900, este último valor encontrado no canalde conexão rio/lago. Isso mostra que a região do canal deconexão apresenta um grau de erodibilidade teóricomuito alto em comparação a região dos igarapés defloresta. De certo modo, é de se esperar que uma áreadestituída de vegetação e formada por um solotipicamente arenoso, como mostra as Figuras 3 e 4, soframais intensamente a ação do intemperismo e erosão. Noentanto, não é isso que ocorre. A região onde se encontrao canal de comunicação com o rio Negro apresenta umaspecto xeromórfico, com dunas que se inclinam em

i

Aprile .et al

E =% areia + % silte

% argila(i)


77

Wischmeier Smith (1958) formu-laram uma equação para determinar aperda de solos pela erosão hídrica,considerando no cálculo da energiacinética total ( ) de uma chuvaerosiva a intensidade da chuva ( ). Aequação pode ser definida como:

&

EcI

conceito de trabalho realizado. Em um sistema nãoconservativo, baseado nos princípios da mecânicaclássica, a energia mecânica ( ) despendida para arealização de um trabalho útil ( ) não é integralmenteconvertida, havendo uma dissipação (

ção ideal, menor será o valor de ,tendendo a zero em uma situação de máximaconservação de energia. Dessa forma tem-se:

EcWs

ωω

). Quanto maisprσximo de uma situa

Figura 3. Detalhe do canal de conexão entre o lago Tupé e o rioNegro.

Figura 4. Canal de conexão com dunas marginais.

A água da chuva exerce sua açãoerosiva sobre o solo mediante oimpacto da gota de chuva, a qual caicom velocidade e energia ( )variável, segundo o seu diâmetro emediante a ação de escorrimento.

O modelo apresentado porWischmeier Smith (1958) é bastanteeficiente em situações onde o regimedas chuvas é bem definido, comoocorre na região sudeste do Brasil, porexemplo. No entanto, na Amazônia,onde as chuvas são bem maisdistribuídas ao longo do ano, umacaracterística de floresta tropicalúmida, e o ciclo hidrológico criacondições bastante dinâmicas nosecossistemas fluviais e lacustres, énecessário levar em conta que osistema não é conservativo.

Baseado nas informações obtidaspela análise granulométrica, foiproposto um modelo de avaliação daperda de solo por erosão hídrica para ocanal de conexão entre o lago Tupé e orio Negro. Foram levados emconsideração o pulso de inundaçãopara a região e o fato do lago ser umsistema lacustre pouco dinâmico.

Para determinar o grau da açãoerosiva em uma determinada área,deve-se levar em consideração o

Ec

&

Modelo Erosivo para o Canal deConexão

Ec = Ws + klog I (ii)

Ec = Ws + Ws = Ec -�� (1)

78

para uma situação ideal �

de trabalho erosivo ( ), com suasrespectivas perdas. Por fim, deve-seconsiderar o sistema constituído deuma massa ( ) imprimindo-lhe umaforça ( ). Nesse caso, a energiamecânica total ( ) despendida nosistema, é dada pelo somatório dasenergias cinética ( ) e potencial ( ).Tem-se assim:

Ws

MF

ET

Ec Ep

Figura 5. Paisagem que compõe o canal de conexão. Detalhepara a ausência de vegetação do tipo rasteira (gramíneas).

e ético para a realização dotrabalho .

Dividindo a equação 1 por tem-se:

onde = gasto energωWs

Ec

Defini-se assim que é a taxa de eficiência deconversão de energia. A ação erosiva é função da energiacinética pelo tempo, podendo ser expressa a partir dajunção das equações 1 e 2 e sua respectiva derivada.Sendo assim tem-se:

�

Nesta proposição, a ação erosiva em função do tempoé determinada pela entrada de energia ( ) e pela saídaEc

A equação 4 trata da energiadisponível à realização de um trabalhoerosivo ( ), que uma massa de água( ) apresenta quando animada de umavelocidade ( ) por ação da aceleraçãoda gravidade ( ). Essa massa de águapode ser definida como sendoproveniente da precipitação (chuvas)ou escoamento superficial (enxurra-da), cuja propriedade é a desagrega-ção dos solos marginais e conseqüentetransporte de partículas.Associando asequações 2 e 4 para uma energia total,defini-se que o trabalho erosivo é dadopor:

WM

vg

O escorrimento da água nasuperfície do solo é o maior agente detransporte das partículas. A quantida-de de força gerada pela enxurrada érelacionada com a concentração evelocidade com que ela se move emuma declividade. A energia daenxurrada é uma função da massa e davelocidade de escorrimento da água.

A dinâmica energética na produçãode erosão hídrica está associada àdinâmica do ciclo hidrológico,parcialmente convertida em trabalhode desagregação e de transporte departículas de solo. Segundo D'Agostini

Aprile .et al

Ec - Wsk

Limk ��

WsEc

EcEc Ec

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= 1 -

�WsEc

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Ec - �

Ec = � (1) = (2)da Eq.

WsEc

Ec

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+ M.g.h (4)E = E + E E =r c p r�M-v2

2

+ M.g.h �W = .E W = (S R S �M-v

2

2

+ g.h) (5)W = .M (S M-v

2

2


79

(1999) o estado energético seja para aágua da chuva, para a água parada ouem escoamento sobre a superfície dosolo, decorre da manifestação deforças derivadas de relações entremassa.

O ciclo sedimentar clássico constade fases de intemperismo e erosão,transporte, sedimentação (deposi-ção), litificação e metamorfismo (Fig.6). Toda a bacia hidrográfica éresponsável pelo fornecimento detríti-co aos cursos de água que, em conjun-to, torna-se o fenômeno natural demaior ocorrência na esculturação darede de canais e das paisagensencontradas na superfície terrestre(Christofoletti, 1981).

A dinâmica sedimentar estaparticularmente associada às etapasde transporte e sedimentação. Nasáreas continentais, em especial naregião amazônica, estudos dessanatureza ainda são escassos.

A carga de material particulado éformada por partículas de granulome-tria maior, transportadas através dosmecanismos de saltação, arrasto ourastejamento e deslizamento ourolamento. Cada mecanismo apresen-ta um tipo de ação associado a umtamanho de partícula e trajetóriaespecíficos. Em decorrência do volumee da densidade dos grãos, a velocidadeda carga do leito é muito mais lentaque a do fluxo, pois as partículaspodem se deslocar de modointermitente. Já a carga em suspen-são, ocorre quando partículas degranulometria reduzida, como silte eargila, se mantém suspensas pelo fluxoturbulento.

Quanto maior a granulometria de

Dinâmica Sedimentar

um leito sedimentar inconsolidado, maior deverá ser avelocidade mínima necessária para dar início aomovimento dos grãos (valor crítico). Assim sendo, oscascalhos carreados, de forma geral, diminuem detamanho em direção à jusante. Segundo Suguio (1994)isso se deve não apenas a abrasão durante o transportecom conseqüente aumento dos g raus dearredondamento e esfericidade, mas também, pelaredução da competência do sistema hídrico emdecorrência da redução da declividade. O diagramaapresentado na Figura 7 mostra a velocidade mínimanecessária para que ocorra o transporte do materialsedimentar. Nota-se que existe um ponto crítico entre otransporte e a sedimentação do material erodido dossolos marginais. Nesse ponto, partículas de maiordiâmetro podem ora ser depositadas ora ser carreadascom uma pequena variação da velocidade de corrente.

Para que as partículas em movimento sedimentem ou

Figura 6. Ciclo sedimentar simplificado.

(Sedimentar; ígnea; metamórfica)

ROCHAS MATRIZES

INTEMPERISMO

EROSÃO

TRANSPORTE

SEDIMENTAÇÃO

LITIFICAÇÃO E METAMORFISMO

80

vice-versa, deve haver uma relação direta entre avelocidade crítica e o diâmetro das mesmas. Avelocidade crítica necessária para que a partícula deixeo estado de repouso e apresente uma aceleração, éfunção da granulometria do grão. Partículas muito finasnecessitam de uma energia cinética inicial alta paradeixar esse estado de repouso. É o caso dos sedimentosargilosos e silte-argilosos, que apresentam umasuperfície específica muito grande, necessitando, dessaforma, de uma energia cinética bastante elevada paraserem erodidos e por conseguinte transportados. Emoutras palavras, da mesma forma como há umavelocidade mínima necessária para "romper" o estadoinercial de repouso, também há um tamanho mínimonecessário para que ocorra a inclusão da partícula nofluxo turbulento.

No lago Tupé a maior velocidade de corrente éencontrada durante as fases de enchente e vazante.Nesses períodos predomina o processo de transportesedimentar. Já durante os períodos de cheia e seca, porsua vez, há o predomínio dos processos desedimentação. Além disso, dentro das condiçõesmorfométricas do lago, apresentadas por Aprile &Darwich (2005, neste volume), existem trechos de maior

ou menor taxa de sedimentação,dependendo da competência e dadeclividade do lago, como mencionadoanteriormente. A deposição domaterial em suspensão no lago Tupéocorre preferencialmente no eixovertical, promovendo o acúmulogradual e homogêneo dos grãos degranulometria semelhante, e oaumento da espessura da camada desedimentos superficiais do leito. Adeposição por arrasto e rolamentodeposita os sedimentos no sentido datensão tangencial, de forma paralelaao leito sedimentar, permitindo adistribuição das partículas numa formaplana. Os trechos de maior deposiçãosedimentar observados no lago foramprimeiramente no igarapé daCachoeira (EI4) e na estação ET7, e emum segundo momento à jusante daestação ET5 e à montante da estaçãoET10, ambas em trechos de fortedeclividade.

Em um fluxo de baixa viscosidade,como ocorre no curso inferior dosigarapés de floresta, que secomunicam com o lago, não há ou háuma ínfima ação da turbulência.Nesses trechos, há uma tendência daspartículas muito finas a sedimentaremde forma homogênea, formando umaespessa camada de sedimentosrecentes, que mesmo havendo umaruptura do momento de repouso,através de uma força de soerguimento,se esta não se mantiver, o grão tenderáa sedimentar novamente.

Estudos desenvolvidos por Kuenen(1965) e posteriormente por Postma(1967) revelaram que os depósitossedimentares constituídos por grãosmenores que 0,1 mm apresentamgrande força de coesão. Essa forçamanifesta-se em decorrência dagrande diferença entre a velocidade

Aprile .et al

1000

EROSÃO

TRANSPORTE

SEDIMENTAÇÃO

500300200

50

100

3020

10

5321

0,0

01

0,0

02

0,0

03

0,0

05

0,0

1

0,0

20,0

30,0

5

0,1

0,2

0,3

0,5 1 2 3 5

10 20

30

50

100

0,50,30,20,1

log.ve

loci

dade

média

(cm

.s)

-1

Figura 7 Relação velocidade granulometria no ciclosedimentar (Fonte: Suguio, 1994).

. versus


81

da corrente necessária para o trans-porte e a velocidade necessária pararecolocá-las em suspensão depois desedimentadas.

Um modelo de dinâmica sedimen-tar para o lago é apresentado na Figura8. Observa-se a partir dos resultadosda análise granulométrica e da taxa deerodibilidade, que a sedimentação deorigem lacustre é predominantementeformada de silte, argila e argila coloi-dal, enquanto que a sedimentaçãofluvial é arenosa. A concentração dematerial em suspensão no lago Tupé éde aproximadamente 10 mg.L , sendoque em alguns pontos esse valor éainda menor, como é o caso do igarapéTerra Preta (EI8) cuja concentraçãochega ao máximo de 4 mg.L .Considerando que a carga de materialem suspensão transportado pelo rioNegro é muito baixa, e que os igarapésde floresta são basicamente de águasclaras, concluí-se que os sedimentosfinos encontrados no leito do lago Tupésão decorrentes, principalmente, daerosão/lixiviação dos solos silte-argilosos e argilo-siltosos da bacia dolago.

O comportamento dinâmico dogrão é uma resposta direta às forçasnele atuantes, e reflete suas caracte-rísticas individuais como forma,tamanho, densidade e rugosidadesuperficial. Nos fluxos de baixaviscosidade, a corrente pode separaros grãos menos densos dos maisdensos. Nos corpos de água preta, ofluxo de baixa viscosidade épredominante, como resultado dabaixa concentração de material emsuspensão existente na coluna deágua. O resultado desse comportamen-

-1

-1

to é uma seleção, de caráter granulométrico emorfométrico, ao longo do leito dos sistemas lacustres efluviais, a exemplo do lago Tupé e do rio Negro.

Ainda são poucos ou quase nenhum os estudosacerca dos efeitos da diminuição granulométrica sobreos parâmetros da distribuição de tamanhos dos grãos, e acorrelação destes com os tipos de fluxo. Estudospreliminares associando o transporte de partículas, seusdiversos tamanhos e a carga de sedimentação, estãosendo desenvolvidos no rio Madeira no trechocompreendido no Estado de Rondônia, pelo autores. Oestudo leva em consideração, entre outros fatores, acarga de material particulado em suspensão na coluna deágua, que pode ser retida a partir de um processo defiltração. Acredita-se que o processo de sedimentação etransporte do material particulado dependa não apenasdo tamanho e natureza do material, mas também, daproporção deste material, do grau de irregularidade doleito do sistema hídrico, e do tempo e distânciaenvolvidos na ação abrasiva.

Figura 8. Modelo de dinâmica sedimentar para o lago Tupé.

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