Autores
Henriques, R.J. (INSTITUTO DE GEOCIÊNCIAS - UFMG) ; Valadão, R.C. (INSTITUTO DE GEOCIÊNCIAS - UFMG)
Resumo
A investigação de perfis longitudinais e suas respectivas curvaturas plotadas em gráfico é ferramenta de análise para a Geomorfologia Fluvial. A identificação de uma curva logarítmica linear negativa poderia ser indicador de perfil em equilíbrio (graded profile), todavia, irregularidades morfológicas nos perfis podem sugerir variabilidades de fatores que não necessariamente representam condições anômalas na dinâmica fluvial. Neste trabalho são investigados os principais afluentes dos rios das Velhas e Paraopeba que drenam a porção centro-sul do divisor hidrográfico entre essas bacias, em Minas Gerais. Seus perfis resultam em variabilidade morfológica que indicam condicionamento por fatores geológicos como a litoestrutura e/ou movimentos tectônicos recentes. A organização da cobertura pedológica e do modelado do relevo podem indicar sistemas de transformação. Tais condicionantes não permitem enquadrar os cursos d’água em condições de um modelo de perfil em equilíbrio ou desequilíbrio.
Palavras chaves
Sistema fluvial; Knickpoint; Perfil longitudinal
Introdução
No âmbito da Geomorfologia Fluvial a investigação morfológica de perfis longitudinais e rupturas abruptas na declividade do perfil (knickpoints), conforme Rãdoane et al. (2003), remonta discussões massivas em meados de 1950 e 1960 que foram posteriormente reavivadas na década de 1990 pela introdução de novas técnicas. Entre esse período (1960 e 1990) ainda verifica-se autores como Hack (1960), Schumm (1977), Gregory e Walling (1979) e Christofolleti (1980). Qual seria a razão para que a morfologia de perfis longitudinais e suas principais rupturas serem objetos de estudo tão contemplados? Caso a curvatura do perfil do curso fluvial plotado em gráfico se assemelhe a uma curva logarítmica linear negativa, isto é, uma concavidade homogênea com sua declividade atenuada em direção jusante, dessa maneira revelaria uma condição de perfil em equilíbrio (graded profile). Isto é, a forma do perfil pode ser um indicador geomorfológico do balanço erosão/deposição e refletir uniformidade na distribuição de energia no sistema. Este estado de relativo equilíbrio depende, também, das condições espaciais onde o curso fluvial esteja inserido e não apenas de sua dinâmica interna hidrossedimentológica (SCHUMM, 1954; HACK, 1960; LANGBEIN e LEOPOLD, 1964; CARLSTON, 1969; SINHA e PARKER, 1996; SKLAR e DIETRICH, 1998; RÃDOANE et al., 2003; SELANDER, 2004; HARTVICH, 2005) Os fatores condicionantes que alteram essa morfologia ideal são variados e podem estar relacionados ao (i) arcabouço geológico ao apresentar descontinuidades crustais, resistência erosiva diferencial e mobilidade tectônica recente (pós miocênica); (ii) perturbações de níveis de base capaz de interferir na dinâmica hidráulica e sedimentar do curso fluvial; ou a própria (iii) condição hidráulica e sedimentar fluvial associada às condições climáticas mediante a disponibilidade ou ausência hídrica ao sistema fluvial (e.g. CARSLTON, 1969; SINHA e PARKER, 1996, SELANDER, 2004; WHIPPLE, 2004; HARTVICH, 2005; PHILLIPS e LUTZ, 2008; AMBILI e NARAYANA, 2014). Hartvich (2005) ainda sugere que atividades antrópicas possam causar anomalias no perfil longitudinal e exemplifica pela criação de açudes e barragens que já configuram como atividade que, a depender de quando foram realizadas, possui temporalidade suficiente provocar alterações a dinâmica fluvial e na morfologia dos perfis. Em síntese, o autor associa o mecanismo de desenvolvimento dos perfis e suas anomalias associadas aos atributos mecânicos das rochas, intervenções antrópicas de engenharia e o balanço sedimentar e energia potencial. Conceitualmente, consoante Charlton (2008), knickpoint é uma ruptura abrupta da declividade do perfil em um curto espaçamento longitudinal que, a depender de sua amplitude de cota altimétrica, resulta desde cachoeiras, corredeiras a trechos de maior velocidade hídrica associada à exposição do leito fluvial. A depender de como a morfologia do perfil longitudinal é condicionada, pode haver rupturas acentuadas de declividade de maneira pontual em algum ou vários trechos do perfil. Rupturas estas que também são definidas como anomalias quando se refere ao modelo ideal do perfil em equilíbrio (SINHA e PARKER, 1996; SELANDER, 2004). Neste contexto este trabalho objetiva investigar a configuração morfológica dos perfis longitudinais e identificar os principais knickpoints para os principais afluentes dos rios das Velhas e Paraopeba conforme Figura 1. As razões para a escolha desta área se baseiam por serem bacias hidrográficas entre 2ª e 4ª ordem, isto é, conforme Christofolleti (1999) e Charlton (2008) são áreas de maior input de energia ao produzir e fornecer material para porções subsequentes em uma bacia hidrográfica. Bem como pela área de estudo estar inserida em um contexto de relativa estabilidade tectônica compreendendo a transição entre rochas gnáissicas arqueanas e rochas sedimentares neoproterozoicas, ou seja, possuem características mineralógicas e estruturais bastante diferentes.
Material e métodos
Conforme fontes bibliográficas norteadoras e disponibilidade de softwares de geoprocessamento e design, são utilizadas as seguintes técnicas: (i) elaboração de perfis longitudinais; (ii) identificação dos principais pontos de rupturas; (iii) extração de lineamentos morfoestruturais da superfície; (iv) aplicação do Índice de Concentração de Rugosidade - ICR e (v) elaboração de mapa com bases cartográficas de arcabouço geológico, unidades de relevo e cobertura pedológica. Para a elaboração dos perfis longitudinais foi utilizado o software ArcGIS 10.1 e os programas Excel 2010 e CorelDRAW X3. Os perfis foram confeccionados conforme base hidrográfica do IBGE (2010) sobre o Modelo Digital de Elevação (MDE) SRTM refinado pelo INPE (2008) no Projeto TOPODATA. As curvas de nível foram extraídas em trechos equidistantes em 12 m e, conforme escala de equivalência matricial para vetorial de ArcGis Resources (2010), apresentam escala vetorial de 1:70.000. Por meio da ferramenta 3D Analyst do ArcGIS 10.1 foi utilizada a linha de interpolação (interpolate line) para elaborar o traçado do canal sobre o MDE. A partir da linha foi gerado o gráfico do perfil longitudinal pelo profile graph. Os valores para os eixos x (distância longitudinal) e y (altimetria) foram exportados para o Excel 2010. No programa, por sua vez, os dados foram convertidos em gráfico cartesiano e tiveram sua escala horizontal normalizada em porcentagem para fins de padronização, tal qual inserida linha de tendência logarítmica cujo coeficiente de determinação R² quanto mais próximo de 1, mais próximo o perfil está das condições de regularidade. Para serem considerados como knickpoints, os trechos devem apresentar variação mínima entre cotas equidistantes de 12 m em uma extensão longitudinal inferior a 300 m associados a declividades mínimas de 5º. Também pode haver uma sequência múltipla de intervalos de 12 m com valores inferiores a 300 m, porém, para se configurar como knickpoint o trecho total deve manter a declividade média total mínima de 5º. Essas definições são realizadas conforme a resolução espacial do dado matricial SRTM e respectiva redução de interferências após análise da morfologia dos perfis. Os lineamentos morfoestruturais da superfície são extraídos conforme metodologia de Filho e Fonseca (2009), a partir do modelo digital de elevação ASTER. O sombreamento do relevo foi extraído em Azimutes 45, 315 e 359 com elevação do ângulo solar em 35º como maneira de identificar lineamentos crustais na superfície. Extraídos os lineamentos utiliza-se o estimador de densidade de Kernel. Este é um tipo de interpolador estatístico que calcula a frequência de repetição de pontos ou linhas por unidade de área (LUCAMBIO, 2008), que neste trabalho aplica uma varredura circular de 7.000 km² e definidas 5 classes de densidade (Muito Baixo, Baixo, Médio, Alto e Muito Alto). O Índice de Concentração de Rugosidade (ICR), por sua vez, é uma técnica de análise tridimensional por meio de classificações morfométricas. Conforme Sampaio e Augustin (2014), é uma ferramenta que quantifica e compartimenta o relevo a partir da distribuição espacial da declividade das vertentes e é calculado pelo estimador de densidade de Kernel. Para o ICR também foi atribuída uma varredura espacial circular de 7.000 km² e valores entre 1 e 5 para o intervalo de classes de densidade. Por fim, a morfologia dos perfis longitudinais e seus principais pontos de rupturas acentuadas são plotados em gráfico e tratados no programa CorelDRAW X3. São correlacionadas as bases de arcabouço geológico, cobertura pedológica, unidades de relevo e os resultados da extração de lineamentos e ICR. Por meio desses produtos e por bases em literatura discute-se a complexidade de ser afirmado se a dinâmica fluvial de um curso d’água está em condição de equilíbrio (grade) ou desequilíbrio (ungrade).
Resultado e discussão
Dentre os oito perfis longitudinais investigados neste trabalho, em cinco
são identificados o total de nove knickpoints (Figura 1). Essas rupturas
estão concentradas em afluentes da porção centro-sul da área de estudo. Para
além de estarem concentradas neste trecho, também há maior recorrência em
afluentes do rio Paraopeba, este responsável por conter seis dentre as nove
rupturas averiguadas (Figura 1 e Figura 2).
A partir de possíveis variáveis condicionantes, pode ser verificado que
todos os knickpoints estão concentrados na área coincidente com o domínio
geológico do Complexo Belo Horizonte. Este Complexo é integrado por rochas
arqueanas granito-gnáissicas que formam um embasamento cristalino exumado.
Essas rochas também se apresentam fortemente fraturadas.
Esta configuração geológica indica imprimir forte controle litoestrutural e
condicionar morfologias mais movimentadas. Estas condições são mais marcadas
quanto maior é a proximidade com o domínio geológico do maciço antigo do
Quadrilátero Ferrífero. Os perfis longitudinais, por sua vez, refletem
diretamente tal contexto superficial e apresentam maior concentração de
knickpoints mais abruptos quanto maior a proximidade com o maciço antigo.
O rio Betim e o ribeirão Onça são os que apresentam curvaturas de perfil
mais distante de um perfil em equilíbrio preconizado em literatura. Dada
irregularidade é corroborada pelo coeficiente de determinação R² que mostra
o valor de 0,6279 para o rio Betim e 0,8053 para o ribeirão Onça. O fator
litoestrutural é o que mais explica as condições irregulares desses perfis e
seus knickpoints, fator este corroborado pelo adensamento de lineamentos
morfoestruturais e o índice de concentração de rugosidade.
Seguindo em direção norte da área de estudo encontram-se os ribeirões das
Abóboras e o ribeirão da Mata. O ribeirão da Mata, este afluente do rio das
Velhas, possui seu perfil longitudinal com morfologia relativamente regular
cujo R² é 0,9160. Hofmann (2014) estudou o comportamento de perfis
longitudinais no contexto do carste em rochas carbonáticas da região de
Lagoa Santa e associa o comportamento da morfologia do perfil ao drenar
diferentes pacotes litológicos integrados por diversas formações do Grupo
Bambuí. Para Hofmann (2014) sobre a Formação Sete Lagoas os knickpoints
comumente estão associados a organizações sub-horizontais de estratos
sedimentares carbonáticos intercalados a fácies de pelitos conferindo um
caráter de degrau.
O KPV-3 reflete configuração semelhante cujo contato entre a Formação sete
Lagoas e o embasamento cristalino gera um degrau pontual na extensão do
perfil. Este degrau reflete uma pequena cachoeira na altura do município de
Pedro Leopoldo denominada Cachoeira Três Moças.
A cobertura pedológica pode estar associada à variabilidade do arcabouço
geológico. O relevo se apresenta intercalando entre áreas mais dissecadas
modeladas sobre o escudo cristalino e a formas de aplainamento encontradas
sobre rochas sedimentares do grupo Bambuí (Kohler, 1989). O ICR corrobora e
indica maior dissecação sobre trechos modelados por formas fluviais de
dissecação.
O ribeirão das Abóboras, por sua vez, tem R² = 0,8917 e aspecto irregular
serrilhado e marcado por trechos knickpoints (KPP-3, KPP-4 e KPP-5). Esses
knickpoints expressam, sobretudo, trechos de corredeiras associadas à
exposição do leito fluvial. Este curso fluvial drena um substrato integrado
por rochas do Complexo Belo Horizonte e pelo Granitoide Florestal.
No trecho à montante onde há a concentração de knickpoints e maiores
irregularidades geométricas, o ICR e os lineamentos morfoestruturais
corroboram ao indicar aspectos de descontinuidades presentes no domínio
cristalino, o que confere condicionamento litoestrutural ao perfil se
propagando também para jusante em menor amplitude.
A cobertura pedológica também pode sugerir um sistema de transformação ao
apresentar latossolos próximo da área de cabeceira e cambissolos em
sequência coincidente com maiores irregularidades morfológicas no perfil.
Este cambissolo pode representar o decapeamento de latossolos mais profundos
por meio da incisão vertical do curso fluvial neste trecho. Porém, para
afirmar essa hipótese são necessárias investigações mais adequadas.
Em sequência, ao norte, verificam-se os ribeirões dos Macacos e Jequitibá.
Esses afluentes apresentam comportamentos morfológicos relativamente
semelhantes quando vistos em perfil, isto é, apresentam relativa
homogeneidade em sua extensão apresentando concavidade em seus alto-cursos.
O primeiro apresenta R² de 0,9138 e o segundo de 0,9654, ou seja, o segundo
se aproxima mais das condições de perfil ideal. Somente o ribeirão dos
Macacos apresentou um trecho de knickpoint responsável por gerar uma
cachoeira.
As semelhanças são morfológicas, pois, seu substrato é constituído por
diferentes organizações (Figura 2). A começar pelo arcabouço geológico, o
ribeirão dos Macacos drena o Complexo Belo Horizonte e o Granitoide
Maravilhas, ao passo que o ribeirão Jequitibá drena uma área integrada,
sobretudo, por rochas sedimentares do Grupo Bambuí.
A concentração de lineamentos e bem como maiores valores de ICR estão no
domínio do Complexo Belo Horizonte e coincidem com os trechos de maior
concavidade no alto curso de ambos os afluentes. Para além do
condicionamento litoestrutural, a morfologia dos perfis possui maior
regularidade no trecho drenado sobre formas de aplainamento.
Por fim, os afluentes localizados mais ao norte da área de estudo são os que
apresentam sua morfologia mais próxima das condições de um perfil em
equilíbrio e não apresentaram rupturas de declividade na extensão de seus
perfis longitudinais. Isto reflete em sua curva logarítmica linear negativa
homogênea cujo R² do ribeirão do Cedro foi de 0,9857 e do ribeirão das
Tabocas de 0,9747.
Esses dois cursos d’água drenagem um arcabouço geológico integrado,
sobretudo, por rochas sedimentares carbonáticas da formação Sete Lagoas, bem
como um pequeno trecho na cabeceira do ribeirão das Tabocas marcado por
pelitos e calcários da Formação Lagoa do Jacaré. Em termos geomorfológicos,
ambos os afluentes nascem no Planalto do São Francisco e seguem pela
Depressão Sanfranciscana por uma forma superficial de aplainamento ou
trechos mais dissecados até desembocarem nos rios das Velhas e Paraopeba.
Apesar dos dois perfis se assemelhem às condições de perfil em equilíbrio
preconizadas na literatura (e.g. Sinha e Parker (1996) e Selander (2004)),
além de características semelhantes do que forma seu substrato, o ribeirão
das Tabocas apresenta maior variabilidade em sua cobertura pedológica e
maior frequência de intercalações entre latossolos e cambissolos em relação
ao ribeirão do Cedro. O ribeirão Tabocas também drena uma superfície mais
dissecada, o que pode sugerir que haja maior energia nesta bacia responsável
por dissecar uma superfície de aplanamento pretérita. No ribeirão do Cedro
esta superfície ainda parece preservada (Figura 2).
Em relação à discussão de perfil em equilíbrio (graded profile) ou
desequilíbrio (undraded profile), os resultados indicam uma variabilidade de
condicionantes e especificidades típicas que condicionam cada perfil e seus
knickpoints. O trabalho também sugere que o aparente indicador morfológico
não indica se um curso d’água está em equilíbrio dinâmico na superfície. A
própria afirmativa do que seja o estado de equilíbrio ou desequilíbrio é
bastante relativa.
Estas atribuições, de acordo com Hack (1960), são remanescentes das teorias
preconizadas entre 1890 e 1900, sobretudo, influenciadas pela Teoria do
Ciclo Geográfico de Davis. Ao serem investigados perfis longitudinais, o
melhor é não se “filiar” a modelos pré-estabelecidos e tentar compreender o
quadro que se revela na superfície a partir das investigações do
pesquisador. Tais teorias desenvolvidas, bem como as influências em definir
o que seja um estado de equilíbrio ou desequilíbrio, são apenas referências
norteadoras para os estudos.
Localização da área investigada e knickpoints identificados em afluentes do rio das Velhas e Paraopeba.
Perfis longitudinais e respectivas variáveis analisadas da superfície, bem como localização dos knickpoints e linhas de tendência logarítmica.
Considerações Finais
Os knickpoints concentram-se no centro-sul da área investigada no trecho coincidente com o domínio geológico de um escudo cristalino exumado integrado por rochas do Complexo Belo Horizonte, que também se apresenta fortemente fraturado. A variação da cobertura pedológica também pode indicar a existência de sistemas de transformações, bem como refletir a própria variação geológica. A discussão quanto ao que seja o estado de equilíbrio ou desequilíbrio é bastante relativa cuja investigação de knickpoints em perfis longitudinais e seus condicionantes não sejam suficientes para ser considerado o quadro de um dado curso fluvial. Hack (1960) ainda aponta que esse conceito de equilíbrio remonta de modelos de evolução do relevo tratado em meados da década de 1890. O mais adequado é ter esses modelos como referências, porém, o pesquisador não pode ser condicionado a uma única perspectiva de análise espacial.
Agradecimentos
Referências
AMBILI, V.; NARAYANA, A.C. Tectonic effects on the longitudinal profiles of the Chaliyar River and its tributaries, southwest India. Geomorphology, v.217, p. 37-47, 2014.
CARLSTON, C.W. Longitudinal slope characteristics of rivers of the Midcontinent and the Atlantic East Gulf Slopes. International Association of Scientific Hydrology. Bulletin, v.14, n.4. p.21-31. 1969; DOI: 10.1080/02626666909493751.
CHARLTON, R.O. Fundamentals of Fluvial Geomorfophology. Nova York, ed. Routledge, 275p. 2008.
CHRISTOFOLETTI, A. Geomorfologia. São Paulo: Blücher, 1980.
CHRISTOFOLETTI, A. Modelagem de sistemas ambientais. São Paulo: Blücher, 1999.
COMPANHIA DE DESENVOLVIMENTO ECONÔMICO DE MINAS GERAIS – CODEMIG; COMPANHIA DE PESQUISA DE RECURSOS MINERAIS - CPRM. Mapa geológico do estado de Minas Gerais, 2014, Escala 1:1.000.000.
FILHO, C.O.A. FONSECA, L.M.G. Lineamentos estruturais a partir de imagem Landsat TM e dados SRTM. In: SIMPÓSIO BRASILEIRO DE SENSORIAMENTO REMOTO, 14. . 2009, Natal. Anais... Natal: INPE, 2009, p.3151-3158, 2009.
FUNDAÇÃO ESTADUAL DE MEIO AMBIENTE – FEAM, UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA - UFV. Mapa de solos de Minas Gerais, 2010, Escala 1:650.000.
GREGORY, K.J.; WALLING,D.E. Drainage Basin Form and Process: a geomorphological approach. Bedford Square, London: Edward Arnold,1979. 458 p
HACK, J.T. Interpretation of erosion topography in humid temperated regions. Am. J. Sci., 258A:80-97. (Bradley volume). 1960.
HARTVICH, F. Analysis of the longitudinal profiles of selected rivers in the Šumava Mts., Southwest Bohemia. Miscellanea Geographica 11/2005, p.13-30, 2005.
HOFMANN, M. GIS-based analysis of geo-potentials for a tropical metropolitan área: the northern periphery of Belo Horizonte (Minas Gerais, Brazil). Doutorado. Technische universitat Darmstadt.
INSITUTO BRASILEIRO DE GEOGRAFIA E ESTATÍSTICA – IBGE. Base de dados vetoriais para rede de drenagem (escala 1:100.000), limites federativos (1.1.000.000).
INSTITUTO DE PESQUISAS ESPACIAIS – INPE. Projeto Topodata. 2008.
KOHLER, H.C. Geomorfologia cárstica na região de Lagoa Santa – MG. Tese doutoramento. São Paulo, 1989, 113p. Faculdade de Filosofia, Letras e Ciências Humanas da USP. 1989.
LANGBEIN, W.B.; LEOPOLD, L.B. Quase-Equilibrium states in channel morphology. American Journal of Science, v. 262, p. 782-794, 1964.
LUCAMBIO, F. Estimador Kernel da função de densidade. Universidade Federal do Paraná, Departamento de Estatística. 12f. 2008.
MINAS GERAIS. Secretaria de Ciência e Tecnologia. Diagnóstico Ambiental de Minas Gerais. Belo Horizonte, Mapa geomorfológico. COPAM/CETEC, 1982. 1.1.000.000.
PHILLPS, J.D.; LUTZ, J.D. Profile convexities in bedrock and alluvial sreams. Geomorphology, v.102, p.554-566, 2008.
RÃDOANE, M.; RÃDOANE, N. DUMITRIU, D. Geomorphological evolution of longitudinal river profiles in the Carpathians. Geomorphology, n.50, p. 293-306. 2003.
SAMPAIO, T.V.M.; AUGUSTIN, C.H.R.R. Índice de Concentração da Rugosidade: uma nova proposta metodológica para o mapeamento e quantificação da dissecação do relevo como subsídio a cartografia geomorfológica. Revista Brasileira de Geomorfologia, v.15, n.1, p. 47-60, 2014.
SCHUMM, S. The relation of drainage basin refiel to sediment loss. International Association of Scientific Hydrology. v.36, p.216-219.
SCHUMM, S.A.; LICHTY, R.W. Time, space and Casuality in Geomorphology. American Journal of Science 263: p.110-119, 1965.
SELANDER, J. ,Influences On River Morphology In A Sediment-Dominated System. Chapter Four, p.1-13, Mobogenie.Com/Download-Software, 2004.
SINHA, S.K.; PARKER, G. Causes of concavity in longitudinal profiles of rivers. Water resources Research. v.32, n.5. p. 1417-1428, 1996.
SKLAR, L.; DIETRICH, W.E. 1998. River longitudinal profiles and bedrock incision models: stream power and the influence of sediment supply. See Tinkler & Wohl p, 237–260, 1998.
WHIPPLE, K.X. Bedrock rivers and the geomorphology of active orogens. Annual Review of Earth and Planetary Sciences. v.32, p. 151-185. 2004.