Autores

Fernandez, G.B.F. (IGEO - UFF) ; Figueiredo, M.S. (LAGEF - UFF) ; Rocha, T.B. (LAGEF - UFF) ; Alves, R.C.R. (LAGEF - UFF) ; Santos, I.R.M. (LAGEF - UFF) ; Pacheco, H.C.A. (PREFEITURA DE SP)

Resumo

A evolução morfológica das planícies costeiras se dá por diferentes processos em que se desenvolvem diferentes ambientes deposicionais, como sistemas lagunares. No litoral do Rio de Janeiro são abundantes estes sistemas, principalmente no Delta do Rio Paraíba do Sul, onde se destaca a Lagoa Salgada (LS). Neste sentido este trabalho apresenta, a partir de dados geomorfológicos e geofísicos, resultados que contribuem para o entendimento da formação e evolução da LS ao longo do Holoceno. Para tanto foi realizado o mapeamento geomorfológico assim como interpretações de perfis de georadar. Os resultados mostraram que a LS é marcada em ambas as margens por depósitos arenosos associados a cristas de praia e esporões, apresentando distintas características morfodinâmicas. Os dados em subsuperfície corroboraram a geomorfologia uma vez que foram identificados refletores referentes à incorporação sedimentar transversal na área das cristas de praia e ao crescimento lateral na área dos esporões.

Palavras chaves

Lagoas costeiras; Barreiras arenosas; Deltas dominados por ondas

Introdução

Os processos de evolução geológica e geomorfológica em planícies costeiras durante o Quaternário, no litoral brasileiro, estão associados principalmente aos registros de terraços marinhos em diferentes posições em relação ao atual nível do mar, onde não raro os terraços proximais ao oceano são datados do Holoceno e os mais interiorizados estão associados aos máximos do nível do mar tardios do Pleistoceno. Exemplos desta afirmação são os terraços observados no litoral do Rio Grande do Sul (Dillemburg et al, 2011), em que os autores identificam o sistema Barreira 4, como referente ao último máximo interglacial, ocorrido no Holoceno descrito por Angulo et al (2006), e mais três sistemas interiorizados, referentes a flutuações positivas associadas ao Pleistoceno, perfazendo diversos sistemas barreira- laguna. No litoral fluminense, Rocha et al (2013); Turc et al (1999) e Silva et al (2014) dataram também a ocorrência de diferentes terraços marinhos, sendo os mais interiorizados associados a idades pleistocênicas e os frontalmente ao oceano, registros do Holoceno médio e tardio. Se por um lado os registros das flutuações no nível do mar são marcados por barreiras costeiras localizadas em diferentes posições, os terrenos observados entre as barreiras, são normalmente ocupados por sistemas lagunares. Assim pode-se afirmar que os sistemas lagunares fazem parte dos processos evolutivos durante o desenvolvimento das planícies, principalmente em função de que os sistemas lagunares irão responder a morfodinâmica das barreiras costeiras e aos processos hidrodinâmicos ocorridos dentro destes sistemas. Como exemplo disso, talvez o primeiro a registrar estes processos foi Zenchovitch (1967), que demonstrou que em função da obliquidade de incidência de ventos esporões lagunares poderiam evoluir tendendo a transformar lagunas alongadas, em padrões seccionados semicirculares. O litoral fluminense apresenta de fato marcado por sistemas lagunares, sendo que vários destes sistemas estão confinados entre as barreiras costeiras. Pode-se afirmar que as barreiras costeiras holocênicas estiveram sujeitas a diferentes comportamentos ao longo dos últimos milhares de anos, e é de se esperar que as lagunas apresentem diferentes configurações. Desta forma o principal objetivo deste trabalho foi identificar a partir de dados de superfície diferentes características geomorfológicas indicativas de processos costeiros, corroborados por dados geofísicos rasos, obtidos na Lagoa Salgada (Figura 1A e B), localizada nas proximidades do Cabo de São Tomé, planície deltaica do rio Paraíba do Sul, no estado do Rio de Janeiro. A parte meridional da planície deltaica do Rio Paraíba do Sul, a partir do Cabo de São Tomé em direção ao sul, é marcada por uma série de sistemas lagunares, que apresentam uma morfologia truncada na parte proximal ao oceano, fruto da migração transgressiva da barreira holocênica (Dias e Kjerve, 2009; Rocha et al, 2013a). Ao NNO do referido Cabo localiza-se a Lagoa Salgada (LS), que tem sido sistematicamente estudada em função da formação de estromatólitos na borda lagunar (ver por exemplo Iespa et al, 2012). O que se nota é que estudos que contribuam para a evolução geomorfológica e geológica, que podem ser determinantes nos estudos da evolução deste sistema lagunar, se mostram ainda em fases introdutórias, justificando este trabalho.

Material e métodos

Em termos do mapeamento geomorfológico, neste trabalho foram utilizadas fotografias aéreas disponibilizadas pelo IBGE a partir do projeto RJ-25. A definição da legenda do mapeamento se deu com base na interpretação direta das feições encontradas na área de estudo, o que resultou nas seguintes classes: Cristas de praia, Corpos d’água, Esporão, Depressões lacustres e Depressões fluvio-lacustres. Após a definição da legenda final foi realizada a edição vetorial em tela das classes adequadas à escala de análise em questão. A determinação das diferentes feições costeiras atendeu a escala aproximada de 1:20.000 na forma de apresentação articulada de detalhamento da escala 1:5.000. A produção final do mapeamento foi realizada em ambiente de sistema geográfico de informação (SIG). As planícies costeiras normalmente registram em sua arquitetura sedimentar processos marinhos e eólicos, e não raro esta estrutura interna registra estes processos (ver por exemplo Cowell et al. 1995; Hesp e Dillemburg, 2009). Nesse sentido, a investigação da morfoestratigrafia permite que, a partir de registros em subsuperfície, se identifique diferentes padrões de arquitetura sedimentar, que em última análise possibilita a inferência dos processos evolutivos das planícies. Em função das dispendiosas e trabalhosas sondagens diretas para este tipo de interpretação, métodos geofísicos rasas tem sido uma ferramenta cada vez mais utilizada para estudos desta natureza. Particularmente o georadar ou radar de penetração do solo tradução direta de Ground Penetrating Radar - GPR, tem sido amplamente utilizado neste tipo de investigação. O GPR detecta descontinuidades elétricas de materiais que estão em subsuperfície, geralmente não ultrapassando a 50 metros de profundidade, através da geração, transmissão, propagação, refração e recepção de pulsos discretos de alta frequência eletromagnética (Neal, 2004). A utilização do GPR possibilita a detecção da espessura das unidades deposicionais, forma, orientação e descontinuidades das camadas de maneira não-invasiva o que potencializa a identificação de diferentes camadas, e portanto inferir diferentes processos (Van Dan, 2012; Schrott e Sass, 2008). Para este trabalhos foram projetados e executados perfis GPR, adquiridos em modo contínuo (common-offset), com antenas blindadas de frequência central de 200 Mhz e 400 Mhz, com o intuito de conhecer a arquitetura sedimentar. Os ajustes de perfis de velocidade foram ajustados a profundidades métricas, a partir de aquisições realizadas em métodos ponto a ponto (common-mid-point). Este levantamento foi realizado em diferentes pontos da planície, com auxílio de antenas não blindadas de frequência central 80 MHz. Para a adequação dos dados geofísicos aos dados topográficos, simultaneamente às aquisições de georadar, foram obtidos dados de superfície utilizando estação total e prisma de reflexão ou uma sistema diferencial de dupla frequência (DGPS - L1/L2) em modo cinemático. O processamento dos dados geofísicos obtidos em campo, foi feito com auxílio do software Radan 6.6, seguindo alguns dos processamentos mais adequados para identificação posterior de refletores associados a processos físicos em ambientes deposicionais, como a remoção da onda aérea, aplicação de filtros para remoção de ruídos, aplicação de ganho, conversão de tempo em profundidade e correção topográfica. A interpretação dos refletores foi feita considerando continuidade de refletores, relação entre refletores e geometria, conforme Neal (2004), Bristow e Pucillo (2006), Nielsen et al (2009), Rocha et al (2013b), Rocha et al 2017. A representação final das estruturas imageadas foi confeccionada no software CorelDRAW X6. O mapeamento geomorfológico bem como a localização dos perfis de GPR selecionados para este trabalho se encontram na Figura 1 e os resultados referentes aos dados de subsuperfície de encontram na Figura 2 (GPR 22) e na Figura 3 (GPR 41).

Resultado e discussão

Em termos fisiográficos, a LS se desenvolve entre dois conjuntos de feições dominadas por ondas, estando ambas sob domínio geomorfológico de barreiras costeiras, representando cristas de praia e esporões arenosos, (Kraft, e Chrzastowski, 1985; Leatherman, 1988; Hesp et al, 2005; Dillemburg e Hesp, 2009, Otvos, 2010). Barreiras arenosas costeiras são feições sedimentares associadas a ação predominante de ondas e menos representativa por parte dos ventos, que registram uma série de tipologias que envolve as duas referidas formas. A formação de cristas de praia está diretamente relacionada à incorporação sequencial de sedimentos marinhos, por ação direta das ondas, formando sequencias de paleopraias, ou seja dunas frontais no topo, sequenciadas em subsuperfície por bermas e faces de praia, organizadas em arquitetura deposicional. Cada feixe ou crista representa, portanto uma linha de costa pretérita. Esta tipologia é normalmente estabelecida em condições de níveis de mar assumindo altitudes decrescentes, e portando a nomenclatura para crista de praia esta relacionada a barreiras regressivas (ver o clássico trabalho de Kraft e John, 1979). Assume-se que para este padrão de sedimentação, prevaleçam processos de incorporação sedimentar transversal à costa, em relação ao transporte longitudinal, ou seja a transferência sedimentar ocorre a partir da mobilização de bancos de areia na antepraia, transportados em direção a costa em sequencias construtivas, dando origem a faces de praia e berma, com os sedimentos emersos removidos por ação eólica em direção ao continente. Por outro lado, a formação de esporões arenosos está diretamente associada ao predomínio do transporte longitudinal de sedimentos, por ação de ondas oblíquas à costa, projetando acumulações sedimentares no sentido da deriva. Este padrão de transporte, sugere que a partir de uma das bordas da barreira, apresente gradualmente tendência de deslocamento lateral, por incorporação gradual de sedimentos, permitindo o deslocamento de uma das extremidades da feição em direção a sotamar. Desta forma, nota-se que a sedimentação apresentaria um suave mergulhos na direção da deriva, e não raramente a ocorrência de inversões na retaguarda ou em direção ao continente. Esta inversão sedimentar resultaria em depósitos sedimentares recurvados. Leaterman (1988) apresenta uma boa síntese esquemática destes processos. No mapeamento realizado na LS (Figura 1B) foi possível se verificar os dois padrões sedimentares mencionados. O que se notou foi o predomínio de cristas de praia na parte oeste da Lagoa, com uma delgada sedimentação de depressões lacustres, já no contato do espelho d’água (Figura 1C). Entre sessões de cristas de praia foram identificadas lagunas colmatadas, descritas por depressões lacustres, e depósitos em forma de esporões (Figura 1C). De fato, considerando a Lagoa Salgada como um sistema lagunar contido no contexto do Complexo Deltaico do Rio Paraíba do Sul (CDRPS), que se configura como um delta dominado por ondas, era esperado o desenvolvimento de feições geomorfológicas destes padrões deposicionais. Rocha e Fernandez (2015) e Pacheco e Fernandez (2014) ao mapearem o delta, indicaram que nas proximidades do canal fluvial atual, a prevalência de sequencias morfológicas rítmicas de cristas e cavas, marcadas por incorporações de sedimentos marinhos em forma de cristas de praia, típicas associadas a barreiras regressivas, que se projetariam para sul. No mapeamento realizado na figura 1, confirma as indagações anteriormente feitas, mostrando que de fato ocorrem cristas de praia, mas com intercalações de feições arenosas de outra origem deposicional, margeando a parte leste da LS. A parte oriental da Lagoa Salgada se apresentou governada por esporões ao longo de toda a margem lagunar, somente na parte mais distal do corpo d'água, em direção ao litoral, notou-se a formação de cristas de praia (Figura 1C). A morfologia destes esporões sugere que ocorram predominantemente processos hidrodinâmicos associados ao transporte sedimentar longitudinal. Este padrão de transporte formariam depósitos arenosos recurvados em direção ao interior, intercalados com depressões lacustres. A morfologia recurvada marcaria a dinâmica de barlamar em direção a sotamar, fechando o sistema lagunar. Interessante notar que tal processo se diferenciou, em termos morfodinâmicos, quando são observados os depósitos proximais a costa, predominantemente descritos como cristas de praia, sugerindo uma sensível alteração nos padrões hidrodinâmicos. Os resultados obtidos em subsuperfície sugerem estar corroborados com a interpretação geomorfológica, A linha GPR 22 (Figura 2), obtida na margem ocidental da LS, se estendeu desde depressões lacustres, se prolongando para depósitos de cristas de praia. O que se notou na interpretação desta linha geofísica, é que não foram observados refletores eletromagnéticos em seus primeiros 50 metros, aproximadamente, ou seja o sinal foi atenuado. Considerando que o levantamento inicialmente se estabeleceu sobre ambiente lacustre, muito provavelmente a ausência de sinal nos dados adquiridos, é função de processos de decantação de sedimentos lagunares mais finos associados a conteúdos de matéria orgânica, que tenderiam a atenuar o sinal da onda (Neal, 2004). Na parte da linha obtida em depósitos arenosos, os dados eletromagnéticos na GPR 22, apresenta refletores contínuos, paralelos com limite inferior em downlap mergulhando em direção ao oceano, sobre uma pequena camada de refletores convexos e pouco contínuos, resultando em um conjunto de refletores, muito provavelmente associados aos ambientes de berma e face praial e de antepraia. Também são encontrados alguns refletores com mergulho em direção ao continente que talvez representem episódios de transposição de ondas que tenha deixado estes registros. Padrões semelhantes foram identificados em Fernandez e Rocha (2015) na parte norte do delta. Já a linha GPR 41 (Figura 3), obtida na margem oriental da Lagoa Salgada, foi levantada cortando em dip desde ambiente de esporões lagunares até ambientes de progradação praial, conforme a figura 1C. Nesta linha geofísica, os refletores presentes parecem indicar que os registros da ação hidrodinâmica estaria ajustada de fato a padrões de deposição predominantemente longitudinal. No trecho inicial da linha, de fato nota-se refletores contínuos, paralelos com uma inclinação suave em direção ao oceano. Estes refletores são interpretados como resultantes da ação da deriva litorânea, em direção de sul para norte, responsável pela construção de sedimentos arenosos, impulsionados longitudinalmente em feixes contínuos de migração lateral, que como houve incorporações de diversos feixes longitudinais, a resultante pra o oceano era esperada. Padrões de evolução de esporões ajustados comparados ao refletores observados, foram também descritos por Lindhorst et al (2012). Adjacente a este conjunto, há um novo conjunto que parece significar uma transição de uma fase de predomínio de transporte lateral à costa para uma fase posterior de predomínio de transporte transversal. Nesta transição aparecem quase que interdigitados, refletores de menor declividade e maior declividade, com refletores sigmoidais, que marcariam a transição entre os dois padrões. Por último, o trecho final da linha verificou-se o domínio dos refletores referentes aos ambientes de pós-praia e antepraia característicos de incorporação sedimentar transversal, assim como ocorre na linha GPR 22. Estes resultados parecem sugerir que a LS seria portanto um sistema lagunar que deve ter sido formado por condições de diferentes padrões de ataque de ondas, variando entre transporte longitudinal e transversal, dando a LS a morfologia alongada observada.

Figura 1. (A) Setor Sul do DRPS; (B) Lagoa Salgada; (C) Mapeamento geomorfológico da área de estudo e localização dos perfis de GPR.


Figura 2. Perfil GPR22 realizado na margem ocidental da Lagoa Salgada com antena de 400MHz (localização na Figura 1).


Figura 3. Perfil GPR41 realizado na margem oriental da Lagoa Salgada com antena de 200MHz (localização na Figura 1).

Considerações Finais

Em termos geomorfológicos notou-se que a a LS é governada por diferentes padrões de ação hidrodinâmica, relacionadas a identificação de dois padrões diferentes de deposição de barreiras costeiras. Corroborando com os dados de superfície, os dados geofísicos A partir dos dados de superfície verificou-se um boa correlação com os registros de subsuperfície, em que os padrões de distribuição dos refletores ao longo dos perfis das margens ocidental e oriental da Lagoa Salgada, foram correspondentes as diferentes classes geomorfológicas presentes em cada uma das margens deste sistema lagunar. Considerando que os sistemas lagunares fazem parte dos processos evolutivos durante o desenvolvimento das planícies, a LS provavelmente teve como importantes, primeiramente, o comportamento regressivo da linha de costa, responsável pela caracterização de sua margem ocidental com sistema de cristas de praia, seguido em um momento posterior pelo predomínio do transporte lateral de sedimentos a partir da ação de deriva litorânea em direção a norte, responsável pelo fechamento do sistema lagunar a partir da construção de esporões recurvados em sua margem oriental. A interpretação de mais linhas geofísicas e a incorporação de dados topográficos de detalhe, associados a geocronologia dos depósitos, irão certamente desvendar a evolução paleogeográfica da LS, que teve neste trabalho as condições fundamentais para a sequencia de trabalhos.

Agradecimentos

Este trabalho só foi possível pelo investimento do Governo Federal entre os anos de 2010 e 2014, no Programa PROEQUIPAMENTOS, que permitiu a aquisção do Georadar e do DGPS. Os autores também agradecem a CAPES e ao CNPq pelas bolsas de pesquisa.

Referências

ANGULO, R. J.; LESSA, G. C.; SOUZA, M. C. A critical review of mid- to late-Holocenesea-level fl uctuations on the eastern Brazilian coastline. Quaternary Science Reviews, n.25, p.486–506, 2006.
Bristow C.S. & Pucillo K. 2006. Quantifying rates of coastal progradation from sediment volume using GPR and OSL: the Holocene fill off Guichen Bay, South-east South Australia. Sedimentology, 53:769-788.
Dias G.T.M. & Kjerfve B. 2009. Barrier and Beach Ridge Systems of Rio de Janeiro Coast. In: S. Dillenburg & P. Hesp (eds.). Geology and Geomorphology of Holocene Coastal Barriers of Brazil. Berlin Heidelberg: Springer Verlag, v.107, p.: 225-248
Dillenburg S.R., Barboza E.G., Hesp P.A., Rosa M.L.C. 2011. Ground Penetrating Radar (GPR) and Standard Penetration Test (SPT) records of a regressive barrier in southern Brazil. Journal of Coastal Research, SI 64 (ICS 2011 – Proceedings) 651-655.
FERNANDEZ, Guilherme Borges; ROCHA, Thais Baptista da . BARREIRAS COSTEIRAS HOLOCÊNICAS: GEOMORFOLOGIA E ARQUITETURA DEPOSICIONAL NO LITORAL DO RIO DE JANEIRO. Revista Brasileira de Geomorfologia, v. 16, p. 301-319, 2015.
Hesp P.A., Dillenburg S.R., Barboza E.G., Tomazelli L.J., Ayup-Zouain R.N., Esteves L.S.; Gruber N.S., Toldo-Jr. E., Tabajara L.L.C, Clerot L.C.P. 2005. Beach ridges, foredunes or transgressive dunefields? Definitions and an examination of the Torres to Tramandaí barrier system, Southern Brazil. Anais da Academia Brasileira de Ciências, 77 (3): 493-508.
Iespa, A.A.C.; Damazio Iespa, C.M. & Borghi, L. 2012. Evolução paleoambiental da Lagoa Salgada utilizando microbialitos, com ênfase em microfácies carbonáticas. Revista Geociências, 31:371–380.
Lindhorst, S; Betzer, C.; Cristian Hass, H. The sedimentary architecture of a Holocene barrier spit (Sylt, German Bight): Swash-bar accretion and storm erosion. Sedimentary Geology, 206, 1-6. 2008.
LEATHERMAN, S. P. Barrier Island Handbook. Boston: National Park Service, 1979. 101 p.
Kraft J.C. & Chrzastowski M.J. 1985. Coastal Stratigraphic Sequences. In: A.R. Davis Jr. (eds.) Coastal Sedimentary Environments. Springer-Verlag. 625- 663.
Neal A. 2004. Ground-penetrating radar and its use in sedimentology: principles, problems and progress. Earth-Science Reviews, 66:261-330.
Nilsen L., Moller I., Nielsen L.H., Johannessen P.N., Pejrup M., Andeersen T.J., Korshoj J.S. 2009. Integrating ground-penetrating radar and borehole data from a Wadden Sea barrier island. Journal of Applied Geophysics, 68:47-59.
Otvos, E.G. 2012. Coastal barriers – Nomenclature, processes and classification issues. Geomorphology, 139-140:39-52.
PACHECO, H. C. A. ; FERNANDEZ, Guilherme Borges . GEOMORFOLOGIA DE DETALHE DA PARTE SETENTRIONAL DO DELTA DO RIO PARAÍBA DO SUL, NO NORTE FLUMINENSE (RJ). Revista Geonorte, v. 10, p. 148-154, 2014.
ROCHA, Thais Baptista da ; FERNANDEZ, Guilherme Borges ; PEIXOTO, M. N. O. ; Rodrigues, Amilson . Arquitetura deposicional e datação absoluta das cristas de praia pleistocênicas no complexo deltaico do Paraíba do Sul (RJ). Revista Brasileira de Geociências, v. 43, p. 711-724, 2013a.
ROCHA, Thais Baptista da ; FERNANDEZ, Guilherme Borges ; PEIXOTO, M. N. O. . Applications of ground penetrating radar to investigate the quaternary evolution of the south part of the paraiba do sul river delta (rio de janeiro, brazil). Journal of Coastal Research, v. 1, p. 570-575, 2013b.
ROCHA, T. B. ; FERNANDEZ, GUILHERME BORGES ; Rodrigues, Amilson . Registros de erosão e progradação revelados por radar de penetração do solo (GPR) na barreira regressiva pleistocênica do complexo deltaico do Rio Paraíba do Sul (RJ). QUATERNARY AND ENVIRONMENTAL GEOSCIENCES, v. 8, p. 24-37, 2017.
Roy P.S., Cowell P.J., Ferland M.A., Thom B.G. 1994. Wave-dominated coasts. In: R.W.G. Carter & C.D. Woodroffe (Eds.). Coastal evolution: late quaternary morphodynamics. Cambridge: Cambridge University Press, p.:121-186.
SILVA, A. L. C.; SILVA, M. A. M.; GAMBOA, L. A. P.; RODRIGUES, A. R. Arquitetura sedimentar e evolução deposicional no Quaternário da planície costeira de Maricá, Rio de Janeiro, Brasil. Brazilian Journal of Geology. 44(2): 191- 206, June 2014.

Schrott L. & Sass O. 2008. Application of field geophysics in geomorphology: Advances and limitations exemplified by case studies. Geomorphology, 93:55–73.
TURCQ. B.;MARTIN, L.; FLEXOR, J.M.; SUGUIO, K. & TASAYACO-ORTEGA, L. 1999. Origin and evoluton of Quaternary coastal palin beetween Guaratiba and cape Frio, State of Rio de Janeiro, Brazil. In Knoppers, B.A., Bidione, E.D. & Abrão, .J.J. (Eds.). Environmental Geochemistry of Coastal Lagoon System of Rio de Janeiro Brazil. Série Geoquímica Ambiental, 6: 25-46 pp.
Van Dam R.L. 2012. Landform characterization using geophysics-Recent advances, applications, and emerging tools. Geomorphology, 137:57–73.
ZENKOVITCH VP, 1959. On the genesis of cuspate spits along lagoon shores. Journal of Geology, 67(3): 269-277.