Resistividade elétrica aplicada aos estudos de erosão da orla municipal de Ferreira Gomes (AP): Resultados Preliminares

Autores

Paredes Moura, H. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO AMAPÁ) ; dos Santos Silva, E. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO AMAPÁ) ; Amorim Costa, J. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO AMAPÁ) ; Marques do Espirito Santo, C. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO AMAPÁ) ; José de Oliveira, M. (UNIFAP)

Resumo

O método geofísico resistividade elétrica foi aplicado na caracterização de solos expostos na orla fluvial do município de Ferreira Gomes-AP. Tendo em vista a fragilidade do mesmo frente a pressão urbana e os regimes pluviais e fluviais severos, ali observa-se a presença de feições erosivas, as quais se não contidas, podem comprometer a utilização da orla, principal ponto turístico da cidade. Desse modo foram realizados caminhamentos elétricos e sondagem vertical elétrica visando auxiliar na caraterização do solo: horizontes, espessuras, nível d’água; bem como, possíveis feições erosivas em subsuperficie. O estudo revelou 3 estratos geoelétricos correlacionados aos horizontes e ao embasamento, tendo a espessura do solo estimada em 3,9 m. O nível freático e o topo do lajedo de granitoide tiveram suas profundidades identificadas em 1,8 m e 3,9 m, respectivamente. Por fim, evidência-se a eficiência e potencialidade da resistividade elétrica nos estudos das ciências do solo.

Palavras chaves

Ferreira Gomes; Geofísica; Resistividade elétrica

Introdução

A falta de cuidados com a conservação do solo na orla fluvial do município de Ferreira Gomes-AP, evidenciado pela supressão da vegetação e de estrutura de contenção de erosão, podem favorecer os processos erosivos relacionados à dinâmica das águas pluviais e fluviais. É visível na superfície e nas bases das vertentes da orla, o desenvolvimento de erosões, já tendo como consequências a perda de parte da área útil para a comunidade, pois a orla constitui um ponto turístico da cidade. Diante da importância social, ambiental e também econômica da conservação e estabilidade da orla, ressalta-se a necessidade de estudos relativos aos processos de erosão, sobretudo, na caracterização do meio físico. Propósito do presente trabalho, investigada por medidas de resistividade elétrica. A erosão é um processo natural no desenvolvimento do relevo, que consiste da desagregação e remoção de partículas do solo ou de fragmentos e partículas de rochas, por agentes erosivos, tais como a água, o vento e os seres vivos (JUNIOR et al., 1998). Com a interferência do homem, seja pelos desmatamentos das matas ciliares, intensa urbanização nas margens dos rios, práticas de agricultura intensiva inadequada e dentre outros, esse processo pode se intensificar. Processos erosivos podem ser mais ou menos efetivos em função das características do meio, assim o estudo dos condicionantes físicos, dentre eles, textura, porosidade, taxa de infiltração de água e densidade, é de suma importância para o entendimento e controle do fenômeno. No que se refere ao entendimento do comportamento hídrico de uma vertente sujeita a erosão, acrescenta-se como importante, a profundidade da superfície do lençol freático (SHIRAIWA et al., 1995). Segundo Filho (1998), os fatores que influem no processo erosivo em áreas urbanas são a vazão da corrente de água pluvial, a declividade do terreno e a natureza do terreno. Abreu et al. (2004) destacam que a infiltração da água no solo é dependente das características internas do solo (textura, porosidade, profundidade do lençol freático, tipo de argilominerais, dentre outras) e das externas (cobertura do solo, densidade de plantas, precipitação e temperatura). Ressalta-se que a baixa profundidade do lençol freático ou a intercepção do mesmo por incisões, pode gerar o aparecimento de erosão interna, ocasionando a remoção de sedimentos no interior do solo que provocam colapso e escorregamentos laterais do terreno (voçorocas). Desta forma, a compreensão do processo de erosão, envolvendo o mapeamento e monitoramento de padrões de fissuras, sazonalidade do nível freático e conhecimento dos horizontes pedológicos, exige a reunião de dados tridimensionais em um volume de solo, utilizando métodos não-destrutivos, como exemplo, o método geofísico de eletrorresitividade (ER). O método ER se baseia no fato de que as rochas e alterações no substrato geológico, em função de suas composições mineralógicas, texturais e, conteúdo de eletrólito, apresentam a propriedade elétrica de resistividade elétrica (ORELLANA, 1972). Assim sendo, a resistividade nos estudos de solos é dependente dos fatores: textura, umidade, composição mineralógica, porosidade, compactação, permeabilidade e composição química da água do solo (SAUFIA et al., 2013; MARTINS et al., 2008). É de destacar que o método é não-invasivo, e permite cobrir uma maior área de investigação do que os métodos tradicionais de investigação pontual, como sondagens, trincheiras ou amostragens. Logo, gera um volume maior de informações para o entendimento dos aspectos físicos do meio. Neste trabalho são relatados os resultados preliminares obtidos com a aplicação da ER em quatro posições da orla de Ferreira Gomes. A investigação teve como objetivo a caracterização do solo pela determinação da espessura do regolito, diferenciação dos horizontes, assim como, na determinação das profundidades do lençol freático e do embasamento, informações essas envolvidas na susceptibilidade dos solos à erosão.

Material e métodos

A área de estudo, compreendendo as posições dos ensaios geofísicos, situa-se na orla urbana do município de Ferreira Gomes, margem direita do rio Araguari, a cerca de 130 km de Macapá, capital do Amapá, com acesso pela rodovia BR156. Os solos de Ferreira Gomes compreendem as classes de latossolos, argissolos e gleissolos inseridos nas unidades geológicas do grupo Barreiras, compostas por arenitos, siltitos e argilitos depositados por sistemas fluviais, com datação cronológica da Era Cenozóica, do período Terciário Neógeno (IBGE, 2004a). O relevo local é suave ondulado, assinalado por planícies fluviais com diques marginais sujeitos a inundações sazonais típicos do vale do rio Araguari (IBGE, 2004b). O clima é definido como equatorial na classificação de Köppen (IBGE, 2004c). A pluviosidade do local apresenta variação sazonal, marcado por altas temperaturas e grandes índices de pluviosidade, cuja precipitação média anual é na faixa de 2.800 a 2.900 mm, como aponta Cunha et. al (2014). No local de ensaios a vegetação é predominantemente de gramínea O método geofísico empregado foi o de eletrorresistividade, devido às características dos materiais geológicos possuírem a propriedade física de resistividade elétrica. O contraste entre as resistividades dos diversos materiais viabiliza a utilização do método como forma de investigação pedológica. Como na prática, os ambientes geológicos comuns não podem ser considerados homogêneos, pois possuem uma sucessão de camadas com diferentes valores de resistividade (meio não homogêneo e anisotrópico), a grandeza física medida em campo é conhecida como resistividade elétrica aparente ( a), e fornece informação qualitativa sobre o solo, como se fosse um meio homogêneo. O conceito de resistividade elétrica aparente é de fundamental importância na Geofísica Aplicada, pois é a variável experimental que expressa os resultados das medições do método ER, e a que se toma como base para a interpretação. Os dados de imageamento foram adquiridos com o arranjo dipolo-dipolo, por apresentar boa resolução lateral (Ward, 1990). Os espaçamentos entre os eletrodos foram constantes e iguais a 1 m, com cinco níveis de profundidades (teoricamente de 0,4 m, 0,7 m, 1,0 m, 1,2 m e 1,5 m) amostrados, ao longo de 12 m de extensão, orientados segundo a direção paralela a orla. Na sondagem elétrica utilizou-se o arranjo Schlumberger, com abertura máxima entre os eletrodos de corrente de 30 m. Trena colocada sobre o terreno foi usada para controlar o intervalo entre os eletrodos. O equipamento utilizado foi o resistivimetro SARIS, fabricado pela empresa canadense Scintrex. Os dados obtidos pelo imageamento elétrico foram processados através do programa computacional RES2DINV (GEOTOMO SOFTWARE, 2001) que adota uma técnica rápida e eficiente para inversão de dados de resistividade que foi desenvolvida por Loke & Barker (1996) e DeGroot-Hedlin & Constable (1990), baseada no método dos mínimos quadrados com suavização restringida. As seções modeladas são resultantes de um processo automático de inversão bi-dimensional. Os processos de inversão buscam estabelecer um modelo da provável distribuição real dos valores de resistividade elétrica em subsuperfície. No método inverso, utilizado nos dados de sondagem elétrica vertical, o algoritmo usado no programa computacional RESIX-IP, baseia-se no método dos mínimos quadrados simples (INMAN, 1975), com um procedimento eficiente e amplamente empregado, conhecido como Ridge Regression, que estabiliza a inversão e assegura uma convergência usando modelos geoelétrico iniciais arbitrários (resistividade elétrica e espessura das camadas), obtendo assim, um modelo final da subsuperfície, que ajusta bem os dados de campo. PELTON et al. (1978) concluíram que o algoritmo de inversão Ridge Regression tem a vantagem de: - Ser estável na presença de ruído; - Convergir para modelos iniciais extremamente pobres; - inferir controle estatístico.

Resultado e discussão

Na área da orla foram realizados 4 perfis (L0, L1, L2 e L3) de imageamento elétrico e uma sondagem elétrica vertical (ponto central de L2), para verificar a variação lateral e vertical, respectivamente, da resistividade da subsuperfície. As posições dos ensaios foram escolhidas com base nas modificações na paisagem e presença de erosões. Os ensaios situam-se nas coordenadas geográficas: (0.855299226182N,-51.1862829556W), (0.857361111111N,-51.1853055556W), (0.8598548143N,-51.1823107057W) e (0.86232705433N,-51.179032905W). Estas posições correspondem, também, as localizações dos 4 perfis pedológicos relativos aos estudos do potencial de erosão, que corroboram com a interpretação geofísica. A sondagem elétrica vertical e sua modelagem, realizada na posição central do perfil L2, são vista na figura 1. Observa-se na curva de campo o aparecimento de um ramo final ascendente, próximo a uma linha de 45 graus, espelhando o efeito de uma camada geoelétrica resistiva. Anterior a esse ramo, percebe-se um ramo descendente indicando uma tendência para um valor mínimo de resistividade aparente, relativa a zona saturada. A modelagem possibilitou a caracterização das zonas de repartição da água no solo, isto é, zonas de aeração do solo e saturada (DAVINO, 1970). Na zona de aeração, têm-se dois estratos geoelétricos, um associado a sedimentos predominantemente arenosos (horizontes A, AB, BA e B) com resistividade elétrica de 1409 Ω.m, e o outro estrato relacionado a sedimentos predominantemente franco-argilo-arenoso (horizonte B), com resistividade de 60,1 Ω.m. Na zona saturada, distinguiu-se dois outros estratos, o horizonte B saturado e o lajedo de granitóide. Assim, a espessura do solo neste ponto de ensaio é de 3,9 m, com o nível freático na profundidade de 1,8 m, tendo os lajedos de granitoides resistividades estimadas de 3600 Ω.m. Figura 1 – Sondagem elétrica vertical e o modelo da subsuperficie interpretada. Curva de campo (•) e curva teórica (-). Na figura 2, observam-se os modelos de distribuição de resistividade elétrica da subsuperficie dos perfis L2, L0 e L3, respectivamente, seções (a), (b) e (c), obtidos pelo processo de inversão dos dados de resistividade elétrica aparente, medidos em campo. A escala para os contornos é idêntica para os modelos L2 e L3 para facilitar a análise, com exceção do modelo do perfil L0, pois o intervalo dos valores de resistividade elétrica situa-se predominantemente na extremidade das altas resistividades (maiores do que 1340 Ω.m) dos outros dois modelos. Com base nos resultados dos modelos de distribuição de resistividade dos perfis L2 e L0, seções (a) e (b), os valores de resistividade variaram em um amplo intervalo de 23 Ω.m a 5000 Ω.m, decrescendo com a profundidade investigada de até 1,70 m. Esta diminuição é relacionada aos sedimentos predominantemente de texturas arenosas, suscetíveis a erosão, sobrepostos aos sedimentos franco-argilo-arenosos. É visível no modelo do perfil L2 (seção (a)) a relativa horizontalidade da baixa resistividade, valores menores do que 60 Ω.m, a partir de 1,4 m de profundidade aproximadamente, ressaltando a homogeneidade do horizonte, correlacionado com os sedimentos franco argilo-arenosos. Porém, nas profundidades anteriores a 1,4 m, observam-se variações nas altas resistividades por toda extensão da seção, na forma de zonas resistivas, como as vistas na profundidade média de 0,5 m, nas posições de medidas centradas em 2,5 m, 6,5 m e 10,0 m, que refletem possivelmente as concentrações volumétricas compactadas de sedimentos de ampla variedade de textura, predominantemente arenosos, e/ou crosta laterítica, que explicam a maior intensidade de resistividade elétrica no solo. Nas posições de medida centradas em 3,5 m e 9,0 m têm-se zonas de resistividade relativamente menor que podem estar relacionadas as zonas mais friáveis que podem facilitar a percolação da água. Há três metros da extremidade final do perfil L2, observa-se um processo de erosão na forma de ravina. Na seção (b), tem-se o modelo de distribuição da resistividade elétrica da subsuperficie do perfil L0, apresentando o mesmo comportamento das resistividades do perfil L2, isto é, as resistividades decrescem com a profundidade, porém, possuem valores de magnitudes mais elevadas. As variações laterais de resistividade até a profundidade de 1,0 m, aproximadamente, são devidas a presença de bloco de rocha, como vista sua anomalia resistiva na posição de medida 4,5 m, e concentrações volumetricas compactadas de sedimentos e/ou pequenos vazios na subsuperficie, ocasionados por estruturas de animais e crescimento das raízes. O perfil L0 está situado em uma cota topográfica mais elevada que os demais perfis, em um lugar de vegetação densa, apresentando em sua superfície visíveis blocos de rochas. No modelo de resistividade elétrica do perfil L3 (seção (c)), tem-se o comportamento inverso, isto é, a resistividade aumenta com a profundidade e varia lateralmente ao longo da seção. É evidente essa variação pela forma de duas cavas formadas pelas isolinhas de restividades de baixos valores, menores que 200 Ω.m, relacionadas a uma maior concentração de água, solo e/ou material descartado mais saturado. Esta possibilidade de cava é aferida por indícios de alteração antrópica no lugar, como observado pela descrição do perfil pedológico até a profundidade de 0,90 m, onde se constatam a presença de pregos, madeiras, carvões e sacos plásticos. Zonas de mais alta resistividade, com valores acima de 526 Ω.m, situadas nas posições de medida 3,0 m e 9,5 m, são relacionados possivelmente aos blocos de rochas fraturadas saturadas. É visível no local os inúmeros blocos presentes em superfície. Figura 2 – Seções dos modelos de distribuição de resistividade elétrica da subsuperfície dos perfis L2 (a), L0 (b) e L3 (c).

Figura 1 – Sondagem elétrica vertical e o modelo da subsuperficie interpretada. Curva de campo (•) e curva teórica (-).


Figura 2 – Seções dos modelos de distribuição de resistividade elétrica da subsuperfície dos perfis L2 (a), L0 (b) e L3 (c)

Considerações Finais

Ao longo dos perfis geofísicos ensaiados na orla municipal, os modelos de distribuição de resistividade elétrica da subsuperficie evidenciaram resistividades decrescendo com a profundidade, refletindo as zonas de aeração e a zona saturada, associadas, respectivamente, aos sedimentos predominantemente arenosos sobrepostos aos franco-argilo-arenosos. As profundidades do nível freático e o topo do lajedo de granitoide foram mapeados nas profundidades de 1,8 m e 3,9 m, respectivamente, sendo esta última profundidade a espessura do solo. As variações laterais de resistividade elétrica nas profundidades iniciais estão associadas as concentrações volumétricas compactadas de sedimentos de ampla variedade de textura e/ou crosta laterítica e/ou blocos de rochas e/ou pequenos vazios na subsuperficie, ocasionados por estruturas de seres vivos. O modelo de resistividade do perfil L3 apresentou comportamento inverso da resistividade elétrica, ou seja, crescendo com a profundidade investigada e variando lateralmente ao longo do perfil. Esta variação lateral é decorrente da alteração antrópica ocorrida no lugar, pela construção de cavas para disposição de resíduos. Valores maiores de resistividade elétrica mapeados pelo perfil são associados aos blocos de granitóides. Por fim, evidencia-se a eficiência e potencialidade da resistividade elétrica nos estudos pedológicos.

Agradecimentos

Referências

ABREU, S. L.; REICHERT, J. M; REINERT, D. J. Escarificação mecânica e biológica para a redução da compactação em argissolo franco-arenoso sob plantio direto. Rev. Bras. Ciênc. Solo, v. 28, n. 3, p. 519-531, 2004.
CUNHA, A. C. Evento extremo de chuva – vazão na bacia hidrográfica do rio Araguari, Amapá – Brasil. Revista Brasileira de meteorologia, v. 29, número especial, p. 95-110, 2014.
FILHO, G. S. A. Prevenção de Erosão em Áreas Urbanas. In: VI Simpósio Nacional de Controle de Erosão, 1998, Presidente Prudente. CD-ROM.
GEOTOMO SOFWARE. Res2dinv v.3.4 Resistivity and Ip Inversion. Malaysia: Geotomo sofware, 2011. 98 p.
INMAN, J. R. Resistivity inversion with ridge regression. Geophysics, Tulsa, OK, n. 40, p. 789-817, 1975.
INSTITUTO BRASILEIRO DE GEOGRAFIA E ESTATÍSTICA. Mapa de geologia do Estado do Amapá. Rio de Janeiro, 2004a. 1 Mapa. Escala 1: 750.000.
______________. Mapa de geomorfologia do Estado do Amapá. Rio de Janeiro, 2004b. 1 Mapa. Escala 1: 750.000.
_____________. Mapa de clima do Brasil. Rio de Janeiro, 2004c. 1 Mapa. Escala 1: 5 000.000.
JUNIOR, N. I.; FILHO, N. F. Processos de Dinâmica Superficial. In: OLIVEIRA, A. M. dos S.; BRITO, S. N. (Ed.). Geologia de engenharia. São Paulo: Associação Brasileira de Geologia de Engenharia, 1998. p. 131-152.
LOKE, M. H.; BARKER, R. D. Rapid least-squares inversion of apparent resistivity pseudosections by a quasi-Newton method. Geophysical Prospecting, n. 44, p. 131-152, 1996.
MARTINS, E. D.; JUNIOR, O. A. C.; REATTO, A.; MORAES, R. A.; PIRES, A. C. B.; GUIMARÃES, R. F. Mapeamento da superfície basal do manto de intemperismo pelo comportamento da resistividade elétrica do distrito federal. Revista Brasileira de Geomorfologia, v. 9, n. 2, p. 15-28, 2008.
ORELLANA, E. Prospeccion geoelectrica en corriente continua. Madrid: Ed. Paraninfo, 1972. 523 p.
PELTON, W. H.; WARD, S. H.; HALLOF, P. G.; SILL, W. R.; NELSON, P. H. Mineral discrimination and removal of inductive coupling with multifrequency IP. Geophysics, Tulsa, OK, v.43, n.3, p. 588-609, 1978a.

SAUFIA, A. H. A; SAAD, R.; NORDIANA, M. M.; AZWIN, I. N.; BERY, A. A.; ISMAIL, N. E. H.; ALI, N.; JINMIN, M.; KIU, Y. C.; RAGU, R. R. Geoelectrical Survey for Engineering Investigation. Open Journal of Geology, n. 3, p. 46-49, 2013.
SHIRAIWA, S.; MOURA, I. B.; PORSANI, J. L. O uso do GPR para estudo de estruturas pedológicas de uma vertente relacionada com uma vossoroca na Alta Bacia do Rio Araguaia-GO. In: Eighth International Congress of The Brazillian Geophysical Society, 1995, Rio de Janeiro: SBGf, 1995. CD-ROM.
WARD, S.H. Resistivity and polarization methods. In: WARD, S. H. Geotecnical and environmental geophysics. Tulsa, OK: SEG, 1990. v.1, p.147-189.