A geomorfologia e as variações da cobertura glacial das ilhas Greenwich, Livingston, Robert e Snow, Antártica, entre 1956 e 2021

Autores

• DANIELLE DALL AMARIA SOFFIATTIUNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SULEmail: danielled.soffiatti@gmail.com
• KÁTIA KELLEM DA ROSAUNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SULEmail: katiakellem@gmail.com
• CARINA PETSCHUNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIAEmail: carinapetsch@gmail.com
• JÚLIA LORENZUNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SULEmail: jlopeslorenz@gmail.com
• JEFFERSON CARDIA SIMÕESUNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SULEmail: jefferson.simoes@ufrgs.br

Resumo

O trabalho visa investigar as características geomorfológicas e a variação da cobertura glacial nas últimas décadas das Ilhas Greenwich, Livingston, Robert e Snow, South Shetlands. As séries temporais NDSI e NDWI das imagens Landsat 4, 7 e 8 foram criadas para avaliar a mudança na área glacial. Os parâmetros hipsométricos, de área e de inclinação atuais foram gerados a partir do DEM. As ilhas têm 1.039,4 km² de área glacial total em 2020/2021 e tiveram 203,6 km² (16,4%) de perda de área desde 1956. A perda de área está associada a características ambientais como batimetria, elevação, área e declividade. As geleiras com término marinho tiveram uma perda mais significativa quando comparadas às geleiras terrestres (ambiente de margem de gelo de menor declive). A Ilha Livingston tem maiores dimensões, mais valores de declividade na classe >25º, mais geleiras de descarga (frente de gelo em ambientes glaciomarinhos profundos) e os maiores valores percentuais de variação da cobertura glacial.

Palavras chaves

Retração Glacial; Sensoriamento Remoto; NDSI; NDWI; Landsat

Introdução

1.Introdução O recuo acelerado de geleiras da região norte da Península Antártica (PA) nas últimas décadas é visto como consequência da tendência de aquecimento atmosférico observada desde meados do século XX (RIGNOT et al., 2019). Uma das consequências da retração glacial é a transformação de geleiras marinhas em geleiras com término em terra. O surgimento de novas paisagens altera a geomorfologia, albedo e ecossistemas locais (PERONDI et al, 2020). Além disso, as características físicas de cada ambiente podem promover ou retardar o processo de retração glacial local. Geleiras de descarga, presentes em ilhas como a Livingston e Greenwich, drenam suas massas de gelo diretamente para o mar ou para plataformas de gelo (SILVA, 2019). A sensibilidade das geleiras depende também do seu regime termal basal, o qual pode ser de base termal úmida, politermal ou congelada (BENN; EVANS, 2010). As ilhas Shetlands do Sul estão localizadas em uma região Antártica sob influência marítima (BRAITHWAITE; RAPER, 2007) e possuem geleiras com bases termais úmidas e quentes, portanto, apresentam maior sensibilidade. O estudo de Lorenz (2021) viabilizou a verificação e comparação das mudanças de área para a Ilha Rei George (IRG) desde a década de 1980 e evidenciou a perda de área de 101,34 km² (9%). A taxa de perda de área para a IRG foi de 3,17 km²/ano no período de 32 anos. A autora gerou shapefiles com informações quanto à área total e linha de frente para 1988/1989 e 2020 das geleiras da IRG, auxiliando na continuidade do monitoramento ambiental da área. Para as demais ilhas das Shetlands do Sul evidencia- se alguns estudos (JONSELL et al., 2012; FATRAS; FERNANDEZ-PALMA; MARTILLO, 2020; OLIVEIRA, 2020) sobre a retração glacial e perda de massa para alguns setores, com pouca cobertura temporal. O Sensoriamento Remoto (SR) é frequentemente utilizado em análises e monitoramento de geleiras (HILLEBRAND et al., 2018; PETSCH,2020; ROSA et al., 2021), principalmente no continente Antártico, devido ao alto custo e complexidade para realização dos trabalhos de campo. Portanto, esse estudo tem como objetivo analisar a geomorfologia e investigar a variação da cobertura glacial das ilhas Greenwich, Livingston, Robert e Snow, Shetlands do Sul, nas últimas décadas com a utilização de SR. 1.1 Área de estudo O arquipélago Shetland do Sul, composto por 29 ilhas, está localizado cerca de 130 km a noroeste da PA, entre as latitudes 61º e 63º 30’ S e longitudes 53º 55’ e 62º 50’ W. Em geral, as ilhas possuem baixa continentalidade e estão próximas ao ponto de fusão do gelo sob pressão (JONSELL et al., 2012). As ilhas sediam diversas estações de pesquisa e possuem áreas livres de gelo costeiras consideradas como ASPAS (Antarctic Specially Protected Area) ou ASMAS (Antarctic Specially Managed Areas) como a Baía do Almirantado, onde situa-se a Estação Antártica Comandante Ferraz, devido ao seus valores para o ambiente, ecossistemas, história e pesquisa científica (ATS, 2023). As ilhas Livingston, Greenwich, Robert e Snow, pertencentes às Shetland do Sul, localizam-se entre a Passagem de Drake e o Estreito de Bransfield (Figura 1). A ilha Livingston possui a segunda maior extensão de área do arquipélago, com cerca de 866,8 km². As geleiras presentes no arquipélago são consideradas de alta sensibilidade às mudanças climáticas, que influenciam diretamente no balanço de massa local (MACKINTOSH; ANDERSON; PIERREHUMBERT, 2017), logo o seu monitoramento é importante para entendermos como as demais áreas glaciais podem responder a variações semelhantes (LORENZ, 2021).

Material e métodos

2. Métodos Para obtenção das margens glaciais, foram selecionadas imagens ópticas dos satélites Landsat 4, 7 e 8, dos anos de 1989, 2002, 2003, 2020 e 2021, disponibilizadas no portal U.S. Geological Survey (USGS). As imagens escolhidas foram registradas entre os meses de janeiro a março (estação de ablação), não indicam precipitação recente e apresentam baixa nebulosidade, são elas: 1.LT04_L2SR_217104_19890128_20200917_02_T2; 2.LE07_L2SR_219104_20020130_20201112_02_T2; 3.LE07_L2SR_217104_20030119_20200916_02_T2; 4.LC08_L2SR_219104_20200209_20201016_02_T2; 5.LC08_L2SR_217104_20210112_20210308 _02_T2. Também foram utilizados dados vetoriais das margens glaciais, fornecidos pelo Global Land Ice Measurements from Space (GLIMS), esses foram gerados com cartas topográficas dos anos de 1956 para a ilha Snow e 1957 para as ilhas Livingston, Greenwich e Robert. Para elaboração do mapa de localização foram utilizados shapefiles da porção oceânica da e linha de costa da PA, disponibilizados pela Antarctic Digital Database (ADD) (Figura 1). Durante o processamento das imagens, o Sistema de Informação Geográfica QGis (versão 3.4.12) foi utilizado para a etapa de correção atmosférica, para minimizar ruídos existentes. Posteriormente, no ArcMap (versão 10.5), foi gerado para cada imagem: um RGB com composição de cor verdadeira, o índice Normalized Difference Snow Index (NDSI) e o índice Normalized Difference Water Index (NDWI). O NDSI é o resultado da razão entre as bandas verde (banda 2 nos sensores Thematic Mapper - TM, e banda 3 no sensor Operational Land Imager - OLI) e do infravermelho próximo (banda 5 nos sensores TM e banda 6 no sensor OLI) executada na ferramenta “raster calculator”. NDSI = (TM Banda 2 - TM Banda 5) / (TM Banda 2 + TM Banda 5) O NDSI classifica os alvos da imagem entre os valores -1 e 1, e permite diferenciar nuvens, neve e superfícies rochosas (KULKARNI et al, 2002; PETSCH et al, 2013). Já o NDWI é o resultado da razão entre as bandas verde e do infravermelho médio (banda 4 nos sensores TM e banda 5 no sensor OLI), também executada na ferramenta “raster calculator”. NDWI = (TM Banda 2 – TM Banda 4) / (TM Banda 2 + TM Banda 4) O índice permite realçar feições de água e áreas úmidas na imagem, também classifica os alvos entre os valores -1 e 1 (McFEETERS, 1996; BRENNER; GUASSELLI, 2015). Foram identificadas falhas e áreas com confusão de classe no NDSI, como na margem das geleiras marinhas, onde o índice considerou porções oceânicas como geleiras. Portanto, os índices NDSI e NDWI foram utilizados em conjunto na ferramenta “extract by mask”, onde o segundo recortou o primeiro com base no contorno da água ao redor das ilhas. Áreas com a presença de gelo misturado com sedimento, sombras, pequenas nuvens e formações rochosas isoladas também apresentaram confusão de classes pelo NDSI. Para corrigir o erro foi preciso utilizar o método que combina a delimitação pelos índices com a delimitação visual, permitindo a correção e obtenção mais precisa das áreas dos campos de gelo e análise de suas variações. Por fim, foi realizada a análise geomorfométrica (hipsometria, relevo sombreado e declividade) utilizando recortes de dados do REMA 08 para cada ilha, o dado possui 8 metros de resolução espacial e 3,5 metros de acurácia vertical (HOWAT et al., 2019).

Resultado e discussão

As ilhas Greenwich, Livingston, Robert e Snow (Figura 1) apresentam elevações máximas entre 299,5 e 1.688,3 metros. Em todas as ilhas as áreas de maiores altitudes são cobertas por geleiras. A ilha Livingston é a maior ilha em extensão da área de estudo, com aproximadamente 866,8 km², possui elevações máximas de 1.688,3 metros, sendo o maior valor identificado pelos autores. Quanto a declividade, apesar de aproximadamente 343 km² (equivalente a 39,6% da área total) da ilha apresentar valores entre 0º e 4º, a Livingston possui a maior área com valores de declividade acima de 25° em comparação com as demais ilhas estudadas (cerca de 109,4 km²) (Figura 2). O relevo mais acidentado se concentra na porção sudeste. A ilha Greenwich é a segunda maior ilha em extensão, com cerca de 157 km², apresenta elevações máximas de 625 metros, a ilha tem duas feições mais elevadas, uma a sudeste e outra a noroeste, sendo a primeira mais expressiva. A porção sudeste da ilha também apresenta os maiores valores de declividade, o intervalo predominante é entre 4º e 8º, identificado em 28,9% da área total da ilha (cerca de 45,5 km²) (Figura 2). A ilha Robert possui aproximadamente 150 km² de extensão e possui elevações máximas de 362,7 metros concentradas em sua porção central. A maior parte das áreas com grandes declividades estão localizadas próximas às linhas de costa. Aproximadamente, 60% da extensão da ilha possui declividades entre 0º e 4º, indicando um relevo pouco acidentado (Figura 2). Já a ilha Snow é a menor em extensão, possui 130 km² e apresenta elevações máximas de 299 metros, distribuídas na área central da ilha. As áreas declivosas estão localizadas próximas à linha de costa, aproximadamente 76,9 km² (59,6% da área total da ilha) apresentam declividades entre 0º e 4º, também indicando um relevo pouco acidentado (Figura 2) Os resultados obtidos indicam que os campos de gelo de todas as ilhas apresentaram variações. A cobertura glacial da ilha Livingston passou de 832,2 km² em 1957 para 738 km² em 1989 e 679 km² em 2020, uma redução total equivalente a 18,4% ou 153,2 km², com uma taxa de retração de aproximadamente 2,4 km²/ano, sendo essa a maior taxa da área de estudo (Figura 3). A cobertura glacial se manteve mais estável na região sudeste, onde o se localizam as maiores elevações e declividades. Acredita-se que as geleiras apresentaram menor variação neste setor por serem geleiras com término em terra. As geleiras com término marinho no interior de baías apresentaram maiores variações, destacando- se as margens sudoeste e extremo leste. A área do campo de gelo da Ilha Greenwich variou de 144,9 km² em 1957 para 141,2 km² em 1989 e 127 km² em 2021, recuo equivalente a 17,9 km² ou 12,3%, com taxa de retração de 0,27 km²/ano (Figura 3). A retração da cobertura glacial foi mais expressiva na porção noroeste e em geleiras com desprendimento no mar, iniciando a formação de baías e acentuando as já existentes. A cobertura glacial da ilha Robert variou de 147,6 km² em 1957 para 143 km² em 1989, 131 km² em 2003 e 126 km² em 2021, uma redução total de aproximadamente 21,6 km² ou 14,6%, com taxa de retração equivalente a 0,34 km²/ano (Figura 3). O recuo da cobertura glacial foi maior em geleiras com desprendimento no mar, também contribuindo para formação de baías, principalmente na metade oeste da ilha. Por fim, a área do campo de gelo da ilha Snow passou de 117,3 km² em 1956 para 110 km² em 2002 e 107,04 km² em 2020, recuo equivalente a 9,9 km² ou 8,4%, com taxa de retração equivalente a 0,16 km²/ano, sendo esses os menores valores encontrados na área de estudo (Figura 3). A variação da cobertura glacial da ilha Snow foi bem distribuída em sua margem, apresentando recuos em todos os setores, com destaque para a porção sudoeste, que também possui geleiras marinhas e obteve recuos expressivos. Não foi possível gerar valores de cobertura glacial das quatro ilhas para todos os anos analisados. Fatores como recorte de área das imagens, cobertura de nuvens e precipitação recente foram limitantes para geração de dados. Apesar da Livingston ter maiores elevações e uma grande área glacial, essa ilha foi a que apresentou maior perda percentual de área no período. Observa-se que essa ilha possui a classe de declividade maior que 25° com maior área quando comparada às demais ilhas. No entanto, o setor com as maiores declividades não foi o que apresentou as maiores perdas de área. A sua diferença em relação às outras ilhas está associada à presença de uma maior proporção de geleiras de desprendimento que fluem para fiordes caracterizados por altas amplitudes batimétricas (por exemplo as Baías Walker, South e Moon). Esse fator influencia na estabilidade da groundline das geleiras em contato com o oceano, na velocidade de fluxo e possui implicações para o balanço de massa glacial.

Mapa de localização das ilhas Greenwich, Livingston, Robert e Snow. Fonte: elaboração dos autores, 2023.


Porcentagem de área total por intervalos de declividade por ilha. Fonte: elaboração dos autores, 2023.


Gráfico da variação da cobertura glacial na área de estudo entre os anos 1956 e 2021.

Considerações Finais

4. Considerações finais O uso do SR e geoprocessamento permitiu o monitoramento das geleiras da área de estudo para o período de 65 anos. Esse monitoramento é fundamental, para conhecer o ritmo de retração glacial dos últimos anos, e principalmente, quais foram os setores de maior perda ou de estabilização. Além de avaliar as características morfométricas, contribui na compreensão de quais variáveis estão associadas a porções de maior retração. Destaca-se que as geleiras de frente em mar, foram as que mais retraíram no período, contribuindo para formação e avanço de baías, esse comportamento foi observado em todas as ilhas analisadas. A metodologia de delimitação da margem glacial pelos índices NDSI e NDWI se mostrou eficiente, apesar da necessidade de correções pontuais pela metodologia visual. Foram encontradas poucas imagens Landsat consideradas adequadas na área de estudo, principalmente pela presença de nebulosidade, o que foi um fator limitante para a resolução temporal do trabalho. Para maior detalhamento temporal, recomenda-se a combinação de diferentes satélites e/ou a utilização de sensores ativos. Por fim, como recomendações, os erros de mensuração dos campos de gelo, gerados para cada imagem, serão quantificados e analisados nas etapas seguintes.

Agradecimentos

Os autores agradecem à Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio Grande do Sul, ao PROANTAR, à PROPESQ UFRGS, ao Programa de Pós-graduação em Geografia da UFRGS e ao CNPq.

Referências

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