Anais: Interações pedo-geomorfológicas
Aplicação do Ground Penetrating Radar na caracterização de horizontes pedológicos na topossequência da Fazenda Canguiri (PR).
AUTORES
da Silva Petelak, K. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ) ; Jarentchuk Junior, O. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ) ; José Cordeiro Santos, L. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARANÁ)
RESUMO
Foi utilizado o Ground Penetrating Radar na caracterização da variabilidade
espacial dos horizontes de um Cambissolo em uma topossequência na Fazenda
Canguiri, Pinhais (PR). Identificaram-se os horizontes no radargrama pela mudança
na permissividade dielétrica causada pela diferença na textura e presença de
minerais primários do solo. Essa técnica geofísica produziu um imageamento
contínuo dos horizontes, reduzindo custos e o tempo necessário para o estudo da
topossequência.
PALAVRAS CHAVES
Ground Penetrating Radar; Solos; topossequência
ABSTRACT
The GPR was used in characterization of spatial variability of a Cambisol’s
horizons toposequence in Canguiri Farm, Pinhais (PR). The horizons were identified
on the radargram through dielectric permittivity variation of soil texture and
primary minerals. This geophysical technique generated a continuous imaging of the
horizons, reducing costs as well as work time demanded by the toposequence study.
KEYWORDS
Ground Penetrating Radar; Soils; Toposequence
INTRODUÇÃO
O Radar de Penetração do Solo (Ground Penetrating Radar - GPR) é um equipamento
geofísico que utiliza emissão e recepção de ondas eletromagnéticas para
imageamento em alta resolução de subsuperfície (SCHROTT e SASS, 2007).
O princípio físico de funcionamento do GPR fundamenta-se na emissão e recepção
de pulsos eletromagnéticos de alta frequência (10MHz a 6GHz) em intervalos de
tempo entre 0,5 a 10 ns (Jarzyna et al 2012). O pulso é gerado por uma antena
transmissora e se propaga no solo que possui materiais com diferentes
permissividades dielétricas. Essa diferença na permissividade dielétrica
interfere na propagação, reflexão e difração da onda eletromagnética. O pulso
refletido é então captado pela antena receptora, amplificado e digitalizado, e
os dados são armazenados pelo equipamento gerando a imagem de subsuperfície
(UCHA et al 2002). Segundo Barboza (1999), o alcance em profundidade do sinal do
GPR varia de acordo com a frequência da antena utilizada e com as propriedades
físicas do meio de propagação. "A frequência é inversamente proporcional à
profundidade de penetração, enquanto a resolução possui relação direta com a
frequência” (BARBOZA, 1999).
Apesar do grande desenvolvimento do GPR nos últimos dez anos, essa técnica tem
sido pouco utilizada em pesquisas aplicadas à ciência do solo (UCHA et al 2002).
Esse método geofísico não destrutivo pode ser de grande interesse para o
entendimento da distribuição, transição e espessuras dos horizontes de
diferentes tipos de solos de maneira rápida e econômica, em comparação a métodos
tradicionais empregados na pedologia (UCHA, VILAS BOAS e HADLICH, 2010).
O objetivo desse trabalho foi a aplicação do GPR em topossequência na Fazenda
Canguiri, localizada no município de Pinhais (PR), com o intuito de obter dados
de variabilidade espacial (profundidade e continuidade lateral) dos horizontes
do solo. Os dados gerados foram então comparados a caracterização morfológica
realizada por Rakssa (2007) de maneira convencional.
MATERIAL E MÉTODOS
O equipamento utilizado foi um GPR da Geophysical Survey System, modelo SIR-
3000, com antena de frequência central de 270 MHz. O arranjo utilizado foi o
Common Off-set, que desloca simultaneamente as antenas transmissora e receptora
com uma distância fixa entre elas, permitindo a geração de uma seção contínua de
imageamento sob a linha de deslocamento (BARBOZA, 1999).
A topossequência selecionada possui 183,4 m de extensão, 4 trincheiras
abertas (T1, T2, T3 e T4) e está inserida em uma vertente de 250m de extensão. O
imageamento foi realizado entre as trincheiras T3 e T4.
Para auxiliar a interpretação do radargrama foram implantadas entre os
horizontes A e B, nas trincheiras T3 e T4, hastes metálicas que apresentam alta
reflectância para o pulso emitido em função de seu material constituinte,
facilitando a identificação da transição dos horizontes no radargrama. Sua
implantação ajudou na interpretação correta da leitura em profundidade de
imageamento com a eliminação da onda direta, que consiste na reflexão de parte
do sinal em superfície. A constante dielétrica (K) que melhor se ajustou em
profundidade de penetração e resolução do sinal de resposta foi K=12. Essa
constante foi definida empiricamente em função da média dos materiais
constituintes do solo e conforme o radargrama apresentado pelo Keypad no local.
O radargrama obtido foi processado com o software RADAN 6.0, a fim de melhorar
a resolução da imagem. Foram aplicados filtros para redução de ruídos de alta e
baixa frequência, conforme o intervalo do espectro eletromagnético no qual a
antena utilizada opera (entre 70 e 450 MHz), bem como a compensação exponencial
dos sinais empregados, com o intuito de amplificar a imagem em função da perda
de energia do pulso eletromagnético por atenuação. Após o processamento, as
imagens foram exportadas para o software AutoCad para o trabalho de
interpretação dos radargramas e com finalização da representação dos perfis
pedológicos utilizando o software ArcGIS 9.3.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
A figura 1 apresenta o radargrama da topossequência na Fazenda Canguiri, com
profundidade máxima de 2,5m e extensão de 88,42m. A figura 2 mostra a
topossequência feita de maneira convencional. A descrição morfológica e a
topossequência da figura 2 são encontradas em Rakssa (2007). O solo estudado foi
classificado como Cambissolo.
O GPR captou as diferenças na permissividade dielétrica dos diferentes materiais
constituintes do solo, como teor de argila e minerais primários. O contato entre
os horizontes A e B foi identificado no radargrama devido à mudança nos padrões
de reflexão das ondas eletromagnéticas, associado ao aumento no teor de argila
no horizonte B.
O horizonte A no radargrama apresenta profundidade de 30 cm na trincheira T3,
chegando à profundidade máxima de 70 cm. A partir de então, em direção à jusante
há uma oscilação na profundidade e então diminuição, chegando a 40 cm na
trincheira 4.
A transição dos horizontes A/B mapeada em campo não foi encontrada no
radargrama, o que confirma a afirmação de Doolittle e Butnor (2009) de que o GPR
não detecta mudanças sutis nas propriedades dos solos, como horizontes
transicionais, cor, mosqueados, estrutura e porosidade.
O horizonte B no radargrama apresenta profundidade entre 30 a 250 cm na
trincheira T3. Em direção jusante há uma diminuição na espessura, chegando à
profundidade entre 70 a 150 cm. A partir desse ponto ocorre uma oscilação na
espessura do horizonte B chegando à profundidade entre 40 a 250 cm na trincheira
T4.
Observam-se fortes refletores nos horizontes B e C, justificado pela presença de
clastos de quartzo de tamanhos variados a partir do topo do horizonte B.
O contato entre os horizontes B e C não foi bem definido no radargrama porque
não apresentou variação significativa na permissividade dielétrica. Isso porque
a textura dos horizontes B e C são as mesmas, ou seja, argilosas e ambos
apresentam clastos de quartzo. Sendo assim, esse contato foi identificado pela
pequena variação na textura da imagem.
O horizonte C só aparece no radargrama a alguns metros de distância da
trincheira T3, e sua profundidade mínima é de 140 cm, mantendo-se razoavelmente
constante até próximo à trincheira T4, quando há o desaparecimento do seu sinal
no radargrama.
Figura 1
Radargrama da topossequência entre as trincheiras T3
e T4 na Fazenda Canguiri.
Figura 2
Topossequência completa efetuada por Rakssa (2007)
com indicação da área imageada com o GPR (quadrado
tracejado vermelho). Fonte: Rakssa (2007).
CONSIDERAÇÕES FINAIS
O método empregado mostrou-se satisfatório com os objetivos propostos, foi
possível identificar a variabilidade espacial dos horizontes do solo utilizando o
GPR. Nos horizontes A e B o radargrama apresentou correlação parcialmente
satisfatória com a descrição de Rakssa (2007), devido aos diferentes métodos de
aquisição dos dados e representação da topossequência.
O GPR mostrou-se uma ferramenta poderosa no mapeamento dos horizontes do solo,
pois foi capaz de produzir um imageamento contínuo, além de reduzir custos e o
tempo necessário para o estudo da topossequência.
O conhecimento das propriedades físicas do solo foi fundamental para o efetivo uso
do GPR, pois sem essa informação o levantamento geofísico pode ser passível de
ambiguidades e incertezas na interpretação.
O GPR aplicado ao estudo de solos não dispensa a utilização dos métodos
tradicionais usados na pedologia, como sondagens a trado, mas pode maximizar a
taxa de cobertura da área e minimizar o número de perfurações.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICA
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