Parâmetros geomorfométricos para descrição do relevo da Reserva de Desenvolvimento Sustentável do Tupé, Manaus, Amazonas

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BioTup: meio fsico, diversidade biolgica e sociocultural volume 2

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Meio FsicoCAPTULO 1 Thiago Morato de CARvALhO

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Parmetros geomorfomtricos para descrio do relevo da Reserva de Desenvolvimento Sustentvel do Tup, Manaus, Amazonas Modelo de Fluxo de Fsforo Total para o Sistema hidrogeolgico da Bacia do Lago Tup, Amaznia CentralFbio M. APRILE & Gilmar W. SIQUEIRA

CAPTULO 2

Biotup: Meio Fsico, Diversidade Biolgica e Sociocultural do Baixo Rio Negro, Amaznia Central volume 2 Edinaldo Nelson SANTOS-SILVA, Veridiana Vizoni SCUDELLER (Orgs.), Editora UEA Ltda, Manaus, 2009

Captulo 1

Meio Fsico

Parmetros geomorfomtricos para descrio do relevo da Reserva de Desenvolvimento Sustentvel do Tup, Manaus, AmazonasGeomorflogo, MSc, Programa de Clima em Ambiente, LBA, Instituto Nacional de Pesquisas da Amaznia (INPA), Av. Andr Arajo, 2935 CEP 69001-000, Manaus AM. Email: tmorato@infonet.com.br/thiago.morato@inpa.gov.br

Thiago Morato de CARvALhO

RESUMO - A geomorfometria uma cincia baseada em mtodos estatsticos para descrio quantitativa das formas do relevo, as quais podem ser obtidas atravs de Modelos Digitais de Elevao (MDEs). As tcnicas utilizadas na geomorfometria consistem de operaes em determinados programas de geoprocessamento e sensoriamento remoto, com objetivo de gerar produtos cartogrficos que representam a realidade do terreno e sua dinmica. Dentro deste enfoque, este estudo tem como finalidade caracterizar em uma primeira aproximao (i.e. gerar produtos bsicos) para a descrio do relevo da Reserva de Desenvolvimento Sustentvel do Tup. Foram utilizados os produtos da Shuttle Radar Topography Mission (SRTM) e os programas Envi, Arcgis, MicroDem e Saga para obter produtos representativos da morfologia do terreno. Alguns dos produtos foram hipsometria, declividade, ndice de umidade topogrfica, potencial a erodibilidade e ectonos. Os resultados foram satisfatrios , os quais so bases essenciais para descrever o relevo e promover uma posterior discusso sobre a dinmica geomorfolgica da regio, alm de auxiliarem em estudos ecolgicos, como distribuio de espcies animais e vegetais. PAlAvRAS-chAvE: Geomorfometria, Modelos Digitais de Elevao, SRTM, RDS Tup, Biogeomorfologia, Amaznia.

Carvalho

IntroduoA geomorfologia quantitativa consiste na aplicao de mtodos matemticos e estatsticos ao estudo da forma do relevo terrestre e dos processos que a modela. O emprego do mtodo quantitativo na anlise da paisagem consiste em atribuir uma dimenso e express-lo na forma paramtrica, como o caso da Geomorfometria (Hengl & Evans, 2009; Pike et al., 2009). A Geomorfometria tem suas razes na descrio do relevo, como a Orografia, termo utilizado por gegrafos para descrever reas montanhosas (oros = montanha; grafia = desenho), assim como a Topografia (topo = local; grafia = desenho), porm, este ltimo refere-se descrio do relevo local de forma mais ampla, alm das formas do relevo (montanhas, morros, colinas, vales), inclui altitudes, corpos dgua, cobertura vegetal, infraestrutura (i.e. construes antrpicas)., etc. Desde o Egito antigo, a descrio do relevo tem se aperfeioado, principalmente na Alemanha e posteriormente nos Estados Unidos durante o perodo da guerra fria (Pike et al., 2009). O conceito de curva de nvel data de 1584, Pieter Bruinz desenhou linhas de mesma profundidade no rio Spaarne, no publicado (Imhof, 1982). Outros estudos, publicados, com o mesmo objetivo foram realizados por Marsigli em 1725 no Golfo Du Lion (Mar Mediterrneo) e por Buache mapeando o Canal da Mancha em 1737 (Robinson, 1982). Com base na reviso de Pike et al., (2009) diversos outros estudos foram conduzidos por naturalistas e engenheiros, desde von Humboldt (medies de elevao do relevo, 1769-1859); Carl Ritter (ndice de desenvolvimento de costa, 1779-1859); Alfred Cayley (lanando as bases matemticas para a geomorfometria em 1859); James Clerk Maxwell (descrevendo as vertentes e divisores de gua com as bases geomorfomtricas de Cayley, 1870); Murray (estimando altitudes para o globo terrestre, plotando elevao versus rea, 1888); Partsh (delineando e gerando um mapa quantitativo do relevo local, salientando divisores de gua, vales e bacias hidrogrficas, 1911); de4

Martonne (relacionando curvas hipsomtricas para estudos comparativos entre regies, gerando histogramas, 1941); Strahler (popularizou o uso de histogramas para estudos estatsticos do relevo). Nos estudos em morfometria fluvial, Horton (1932, 1945) desenvolveu mtodos morfomtricos para descrever bacias hidrogrficas, criando um novo ramo da geomorfometria, destinada a estudos quantitativos da rede de drenagem. Strahler (1952) iniciou estudos estatsticos para descrever o relevo e vertentes (gradiente do relevo) relacionando estes com a ordem dos canais; Chorley (1957, 1966) aprimorou tcnicas estatsticas para descrever bacias hidrogrficas e encostas. A partir da dcada de 1960, a geomorfometria passaria por uma revoluo com a criao do Modelo Digital do Terreno (Digital Terrain Model, DTM), conceito desenvolvido por Miller & Laflame (1958) no Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT). Desde ento, a descrio do relevo tem-se aperfeioado com novos programas capazes de analisar, em diferentes escalas (espao e tempo), os aspectos fisiogrficos do relevo, e simular processos morfolgicos. Novas classificaes do relevo foram descritas, Pike (1988) introduziu o conceito de assinatura geomtrica dos tipos de paisagem; Lewis (1968) e Mather (1972) usando anlises estatsticas de componentes principais, e cluster anlise na descrio do relevo (Pike et al., 2009). Dentro deste arcabouo de tcnicas, anlises e descrio, que a geomorfometria tem sido a base para cincias como geomorfologia, geografia fsica, geologia, engenharias, biologia, dentre outras, que tem como objetivo a descrio do relevo e suas relaes com outras variveis ambientais e antrpicas. Neste estudo a geomorfometria a principal componente, servindo para caracterizao do relevo, em primeira aproximao, da Reserva de Desenvolvimento Sustentvel do Tup, Manaus, Amazonas. Para uma discusso posterior, ser dado um enfoque aos processos geomorfolgicos e interao com a biologia (i.e. Biogeomorfologia), relacionando a ocorrncia entre determinadas

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espcies animais e/ou vegetais, com os processos morfogenticos do relevo, atuantes no presente e passado, os quais so determinantes (ou no) na distribuio da fauna e flora (Viles, 1988).

Modelos Digitais de Elevao (MDEs)Os modelos digitais de elevao (MDEs), conhecidos em ingls por DEM (Digital Elevation Model), podem ser obtidos atravs de levantamento topogrfico do terreno, sensoriamento remoto (aerofotos, imagens de satlites e radar), por cartas topogrficas, ou atravs de qualquer outro instrumento que seja capaz de medir a superfcie de uma determinada rea, indicando sua elevao (referenciada ao nvel de base local ou global nvel do mar). No entanto, pode existir confuso quanto terminologia MDE e MDT (Modelo Digital do Terreno). Basicamente o MDT refere-se ao modelo referenciado altimetria do terreno (ao nvel do solo), enquanto o MDE, no sentido geral da palavra, a representao (topografia) de qualquer superfcie que no esteja necessariamente referenciada ao nvel verdadeiro do terreno (solo). Por exemplo, MDE dos edifcios da cidade de So Paulo, MDE da cobertura de vegetao da Amaznia, nestes casos o modelo est representando a altitude em relao ao dossel da mata (ou cobertura dos edifcios) e no referente altitude do terreno em si (ao nvel do solo). Caso a referncia de altitude seja ao nvel do solo, ento a terminologia correta ser MDT, porm, no errado utilizar MDE do Terreno para representar reas em que o modelo referente altimetria do solo. Os modelos digitais do terreno possuem diversas aplicaes em geomorfologia, como a elaborao de mapas de concavidade e convexidade; anlises de rede hidrogrfica (delimitao automtica de bacias e microbacias e reas inundadas); sistemas lacustres; animaes, podendo analisar em diferentes ngulos a rea em estudo, perfis topogrficos e longitudinais (rios), alm de estudos em biogeomorfologia (Felgueiras, 1997; Carvalho &

Latrubesse 2004; Alves & Carvalho, 2007; Carvalho & Bayer 2008; Valeriano & Rossetti, 2008; Hesse, 2008; Nguyen et al., 2008; Taramelli et al., 2008; Rowberry, 2008; Carvalho & Ramirez, 2008). Dikau (1989) atribui formas caractersticas bsicas ao relevo que permitem o reconhecimento de variveis topogrficas. Os elementos morfomtricos do relevo que tm sido tradicionalmente classificados so: picos, convexidade em todas as direes; cume, convexidade em uma direo ortogonal a uma linha de curvatura; vale, convexidade em uma direo ortogonal a uma concavidade; encosta, sem curvatura e com declividade no nula; plancie, sem curvatura e com declividade nula; canal, concavidade e uma direo ortogonal a uma linha sem curvatura; posso, concavidade em todas as direes. Algumas fontes para gerar MDEs so provenientes de levantamento de campo com teodolito (cartas topogrficas), fotografias areas (estereopar), as quais necessitam de um controle manual para gerao dos MDEs. Outras fontes como Radar e o Lidar so fontes ativas de sensores abordo de satlites (orbitais) ou avies (sub-orbitais); outras fontes de sensores passivos (orbitais) que geram MDEs correlacionando imagens por estereopar. Recentemente os MDEs do Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflectance Radiometer (ASTER) foram disponibilizados para o pblico (www.gdem.aster.ersdac.or.jp). Diferentemente dos MDEs da Shuttle Radar Topography Mission (SRTM), que ser descrito mais adiante, o ASTER adquire imagens pelo sensor Visible Near Infra-Red (VNIR), com uma resoluo de 30 metros. Porm este produto possui alguns inconvenientes, como artefatos produzidos por erros no imageamento na interao do sinal na atmosfera, nuvens por exemplo (Fig. 1).

Materiais e MtodosInterpretao da MorfologiaUm sistema geomorfolgico tem uma estrutura interna definvel caracterizada por suas variveis5

Carvalho

Figura 1: Artefatos no MDE ASTER, regio da RDS do Tup. de estado, tais como litologia, declive regional, estruturas, entre outras. Estas variveis de estado se relacionam e se modificam por processos climticos e geomorfolgicos considerados como variveis de transformao. Estas variveis de transformao so numerosas, tais como eroso, transporte, sedimentao, intemperismo - pedognese, oscilao de nvel fretico, entre outras (Latrubesse & Carvalho, 2006). As variveis de transformao (processos) se mobilizam por aportes externos de energia e matria (calor solar, ventos, chuvas, etc). A estrutura do Sistema e seus processos determinam um comportamento tpico para cada tipo de sistema. O comportamento tpico de boa parte de sistemas inundveis, por exemplo, se deve a ocorrncia de prolongadas inundaes em funo da interao de suas variveis de estado e de transformao, como relevos rebaixados, solos encharcados, sistemas de paleocanais com uma rede de drenagem pouco integrada e em parte herdada geomorfologicamente (Summerfield, 1991; Rice, 1993; Latrubesse & Carvalho, 2006). De acordo com estudos realizados para interpretao radargeolgica de dados SAR, Paradella et al., (1998) definiram pelo menos trs fases principais: identificao dos elementos de imagem; anlise dos elementos na imagem; e interpretao dos elementos na imagem.

Para analisar feies topogrficas/ geomorfolgicas manipularam-se diversas rotinas no ENVI 4.0: i) sombreamento do relevo (shadedrelief); ii) fatiamento altimtrico (density slice); iii) perfis topogrficos; divisores de gua; ndice de curvatura; Outros parmetros geomorfomtricos foram extrados nos programas MicroDem e Saga, como aspecto (direo das vertentes); diagramas de rosa (Aspect Queens Ratio); relaes entre drenagem versus relevo (ordem de Strahler); ndice de umidade topogrfica; Alguns cruzamentos para gerar produtos como potencial de erodibilidade e ectonos foram realizados no Arcgis 9.3.

Os Produtos SRTMO instrumento que gerou os produtos da Shuttle Radar Topography Mission (SRTM) consiste de uma plataforma espacial de imageamento por radar de abertura sinttica SAR e SIR (Space Imaging Radar) nas bandas X e C respectivamente, formando um sistema nico imageador, porm, operando independentemente, instalados num mastro de 60 metros de comprimento, acoplado ao nibus espacial. Esta metodologia proporcionou produtos interferomtricos InSAR (Interferometric Space Imaging Radar) , com visada lateral de 30 a 58 off-nadir, proporcionando a gerao de modelos digitais de elevao por interferometria. O sinal de retorno da superfcie dos alvos, onde em reas com vegetao, por exemplo, os dados sero do dossel das rvores e no do terreno (Fig.2). Estes modelos de elevao possuem pixels de 1 arco-segundo, aproximadamente 30m (Estados Unidos) e 3 arco-segundo, aproximadamente 90m (global). So distribudos pela United Sates Geological Survey Eros Data Center USGS EDC. As imagens so disponibilizadas gratuitamente nos formatos HGT (Height), TIFF (Tag Image File Format), ARCGRID (Arc/Info), BILL (Band Interleaved by Line) e GRIDFLOAT (Floating Point Data). O erro absoluto vertical de 16 metros (regies com forte controle estrutural, i.e., cadeias de montanhas), para o Brasil o erro fica abaixo dos 5 metros (Fig.3). Alguns problemas referentes a estes produtos podem ser vistos atravs de

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valores nulos ou lacunas (Null-data holes), ou seja, sem informao (pixel nulo). Isto ocorre devido a algumas reas imageadas apresentarem condies geogrficas no favorveis aquisio de dados, como reas de grande inclinao, como exemplo em alguns trechos do Himalaia ou corpos dgua (Farr & Kobrick, 2000). No Brasil, a Embrapa tem realizado um importante trabalho em mosaicar, para todo o pas, as imagens SRTM, disponvel em (www.relevobr. cnpm.embrapa.br). Outra fonte de fcil acesso em obter as imagens, atravs de arquivo .kml (extenso do Google Earth), disponvel na pgina do Consultative Group on International Agricultural Researc (CGIAR), disponvel em (srtm.csi.cgiar.org). Uma forma de melhorar a interpretao visual dos modelos SRTM, para identificao dos aspectos morfolgicos do terreno, principalmente para mapeamento geomorfolgico, a interpolao da imagem de 90 metros para 30 metros. Este

procedimento no ir gerar novos valores de altitude como mostram as figuras 4 e 5, mas ir melhorar na identificao das formas do relevo (Fig.6). Aps a interpolao foi aplicado um filtro de passa baixa, melhorando a nitidez da imagem.

Resultados e DiscussoA RDS do Tup apresenta classes de relevo tpicas na Amaznia, e so identificadas facilmente com o uso de MDTs, como plats, que so formas residuais de antigas superfcies de aplainamento, apresentando feies planas ou semi-planas (baixa declividade) cobertas por vegetao de terra firme. Um patamar mais baixo (baixios), adjacente aos plats, com encostas com maior declive e maior ndic...

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