Autores
- BEATRIZ ABBADE MOTALAGEF - UFFEmail: beatrzabbade@id.uff.br
- IVANDRO PATRICK COUTINHOLAGEF - UFFEmail: ipatrick@id.uff.br
- SILVIO ROBERTO OLIVEIRA FILHOLAGEF - UFFEmail: silviooliveira@id.uff.br
- TIAGO FERNANDO HOLANDALAGEF - UFFEmail: tiagofh@id.uff.br
- THIAGO GONÇALVES PEREIRAGEOGRAFIA UERJEmail: thiagopereira.uerj@gmail.com
- GUILHERME BORGES FERNANDEZLAGEF - UFFEmail: guilhermefernandez@id.uff.br
Resumo
Os processos físicos envolvendo praias e dunas frontais deixam registros
morfológicos associados à ação eólica, assim como às ondas. Estas feições
apresentam nuances fisiográficas de difícil documentação, pela escassez de dados
analíticos. Na última década, houve uma sensível evolução de técnicas de
documentação da morfologia de detalhe, utilizando algoritmos associados a
Structure for Motion (SfM). Tais análises são possíveis a partir de imagens
aéreas obtidas por veículos aéreos remotamente pilotados. Neste sentido, este
trabalho teve como objetivo mapear diferentes feições observadas em praias e
dunas frontais, na praia do Peró, RJ. Os resultados identificaram cortes eólicos
dispostos de maneira recurvada, provavelmente difratados por rugosidade no
terreno. Em relação às ondas foi observada uma extensa escarpa erosiva,
resultado de ondas de tempestade. Conclui-se que a ferramenta se mostra
fundamental para que detalhes e nuances geomorfológicas possam ser descritas e
analisadas.
Palavras chaves
Dunas frontais; Cortes eólicos; Escarpas praiais; Veículo aéreo não tipulado (ARP); Processos eólicos
Introdução
Estudos envolvendo a geomorfologia eólica, abrangem diretamente áreas
desérticas, mas também trechos litorâneos, que representam uma parcela
importante na literatura cientifica geomorfológica (Bauer, 2009; Stout et al.,
2009). De fato, para que sejam observadas feições derivadas da ação do vento,
são necessárias condições físicas especificas ao longo do litoral interagindo de
maneira consorciada. Tais condições derivam obviamente da ação dos ventos não
somente com energia, mas constância, disponibilidade de sedimentos com
características granulométricas que sejam passíveis de serem transportados, além
de áreas relativamente amplas e planas, para que as formas eólicas se projetem
desde o contato da praia com o oceano, até as áreas mais interiorizadas (e.g.
Tsoar e Pye, 2009; Lancaster, 2013; Hesp, 2013; Walker et al., 2017; Sloss et
al., 2018; Hesp e Walker, 2021). Desta forma, diferentes morfologias podem ser
verificadas ao longo do litoral, muitas dessas formas relacionadas ao efeito
direto à vegetação, como dunas frontais (Arens, 1996; Hesp, 2002) e dunas
parabólicas (Tsoar e Blumberg, 2002; Hesp et al., 2010; Hart et al., 2012), além
de nebkhas (El-Bana et al., 2002; Marrero-Rodríguez et al., 2020).
Um desafio constante tem sido a interpretação morfológica da morfologia, haja
visto que são necessários esforços significativos em termos financeiros, com
equipamentos topográficos e de leitura à laser. Por outro lado, na última década
o desenvolvimento de fotogrametria de baixo custo, teve um impulso
impressionante, em função do desenvolvimento de métodos para reconstrução
topográfica de alta resolução, fortemente previsto e adequado para pesquisas de
baixo orçamento e com aplicações em áreas remotas (Westoby et al., 2012). Tal
fato ocorreu em ambientes computacionais, formulados em algoritmos que
permitiram a geração de visualização tridimensional de determinados alvos, a
partir de um arranjo de câmeras digitais, que podem ser bem-organizadas ou mesmo
de forma randômica (Eltner e Sofia, 2020). Independente do arranjo fotográficos,
algoritmos que permitem a criação de estruturas tridimensionais, reconhecida por
Strucutre from Motion (SfM), favoreceram e tem sido amplamente utilizada para a
documentação de formas de relevo observadas na superfície terrestre (Clapuyt et
al., 2016; James et al., 2017).
As geociências e particularmente a geomorfologia tem se dedicado a
utilizar de maneira cada vez mais sistemática ferramentas de SfM, muito
provavelmente em função dos custos relativamente baixos, uma vez que as
fotografias aéreas são obtidas por aeronaves remotamente pilotadas (ARPs), que
tem se tornado acessíveis em termos de preço, comparados a alta efetividade dos
resultados obtidos (Anderson et al., 2019). Particularmente nos estudos em
ambientes costeiros, a utilização de SfM gerando representações tridimensionais
de feições complexas como dunas e praias tem sido recorrente e intensificada
(Turner et al., 2016), principalmente em monitoramentos costeiros (Gonçalves e
Henriques, 2015).
Parece claro que a utilização envolvendo imagens digitais obtidas por
ARPs e pós processamento com técnicas SfM são um importante fronteira de
conhecimento analítico na geomorfologia. No litoral do Rio de Janeiro, em que
existem diferentes exemplos de ambientes deposicionais, se apresenta como uma
área interessante de se verificar como que tais ferramentas podem auxiliar o
entendimento de formas detalhadas de relevo. Nesse sentido, esse estudo tem como
objetivo entender as formas de relevo distribuídas na planície costeira do Peró,
no município de Cabo Frio-RJ, formadas pela ação dos ventos onshore, soprados
preferencialmente de nordeste, assim como extrair informações sobre efeitos de
ondas de tempestade, oriundas de ventos do quadrante sul, a partir de imagens
digitais processadas por SfM.
Material e métodos
Para a análise da ocorrência das diferentes feições geomorfológicas na planície
costeira do Peró foram gerados modelos digitais de superfície (MDS), através de
processamento por técnicas de SfM, a partir de fotografia aéreas digitais,
obtidas no nadir, em duas áreas ao longo de determinados trechos planície
costeira do Peró (Figura 1). As duas áreas dos voos foram delimitadas a partir
do mapeamento geomorfológico das diferentes formas de relevo eólico, descrito em
Fernandez et al. (2017). A distribuição dos voos foi determinada seguindo os
objetivos de se cobrir diferentes padrões eólicos observados previamente na
área, envolvendo formações relevantes descritas por dunas frontais posicionadas
junto à costa e mais interiorizadas, definidas por formas parabólicas. Tais
padrões foram reinterpretados sobre fotografias aéreas gratuitamente
disponibilizadas pelo Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE),
realizadas em 2005, dentro do Projeto RJ25.
A área do primeiro voo (voo 1) foi escolhida por representar não somente as
dunas frontais, mas também por incorporar dunas posicionadas no reverso destas,
em que foram mapeadas previamente dunas parabólicas (Fernandez et al. 2017;
Fernandez et al. 2009). O voo 2 foi delimitado por representar formas de relevo
proximal à costa, em que no mapeamento de Fernandez et al. (2017) e Fernandez et
al. (2009) mostraram o desenvolvimento contínuo de dunas frontais, derivados de
ventos de direção preferencial do oceano para o continente, em que não raramente
ondas de tempestade afetam esta praia (Bulhões et al. 2016).
Para a geração dos MDS foram necessários esforços de campo para a aquisição de
fotografias aéreas digitais, registradas por câmeras aerotransportadas em
Aeronave Remotamente Pilotada (ARP).
Os trechos da planície de sobrevoo foram sempre realizados em uma janela de
tempo entre às 10:00hs e às 15:00hs, para se evitar problemas relacionados a
geração de erros referentes a baixa luminosidade e sombras, não somente
derivadas da vegetação, mas também da própria irregularidade topográfica das
dunas. Os voos também foram realizados com predominância de céu aberto, que
favoreceu a melhor definição das cores, além de obviamente em relação às
condições de velocidade do vento. Em relação a esse último aspecto limitante,
foi consultado o aplicativo UAV Forecast, que prevê velocidades de até 10 km/h
seguras para voo, que de certa forma garante a qualidade das imagens por inibir
distorções no processo de aquisição.
As duas missões aéreas foram auxiliadas pelo aplicativo DroneDeploy, que permite
definir uma série de parâmetros de voo, como altitude, superposição entre as
fotos, direção do voo e da distância da amostra no solo ou superfície (GSD a
partir da tradução direta de Ground Sample Distance). As fotografias digitais
foram armazenadas em cartão de memória embarcada na própria aeronave. Ainda em
campo, para que os ajustes de topografia ortorretificados fossem posteriormente
possíveis, foram adquiridos dados de posicionamento geográfico e altimetria.
Este procedimento foi feito a partir de diferentes marcadores no terreno,
distribuídos ao longo da área de sobrevoo. A altitude dos marcadores foi
determinada por irradiação topográfica, utilizando estação total e prisma de
reflexão, com as altitudes dispersadas a partir de referenciais de nível no
terreno, com altitudes ajustadas ao nível médio do mar.
A rotina de processamento computacional para a geração dos MDS após o trabalho
de campo foi estabelecida nas plataformas AGISOFT Metashape e QGIS. No Agisoft
as rotinas seguiram fluxos de trabalho padrão do programa, que permitiram a
geração dos MDS. No QGIS, os dados morfológicos foram diretamente interpretados
sobre o MDS, discretizando as diferentes formas de relevo observáveis.
Resultado e discussão
Na Figura 2 estão apresentados os diferentes resultados obtidos no Voo1. A
Figura 2A mostra a interpretação dos diferentes padrões eólicos, determinados
sobre as fotografias aéreas obtidas em 2005. Nas fotografias aéreas a resolução
espacial obtida, ou seja, o GSD foi de 1 metro/pixel. Na figura 2C mostra o MDS
que permitiu a identificação de feições bastante mais detalhadas, em relação ao
padrão observado em 2005, descritas na Figura 2B, descritas por GSD de 2,7
cm/pixel. Na Figura 2B, relativa ao ortofotomosaico gerado com as fotografias
aéreas, estão as interpretações referentes aos diferentes depósitos eólicos
feitas a partir do MDS.
Em 2005 (Figura 2A) foram identificados os limites distais, associados ao
reverso das dunas frontais, em relação à planície de deflação, além a
identificação especificamente de um corte eólico, interrompendo a continuidade
do alinhamento paralelo que estas dunas representam. O reverso das dunas
frontais foi marcado por irregularidades na continuidade da linha de mapeamento,
o que poderia indicar a ocorrência de outros cortes, porém em função da pouca
evidência, não foram marcados no mapeamento. Na área da planície no reverso das
frontais foram identificados três padrões de dunas parabólicas, com a feição
mais ao norte apresentando um ou mais lóbulos de evolução, ajustados a
ocorrência de ventos predominantes de nordeste. Nos lóbulos das dunas foram
mapeados cortes eólicos.
A partir dos MDS gerados na Figura 2C, houve uma sensível melhoria das formas de
relevo previamente interpretados. Na Figura 2C de fato se notou que o reverso
das dunas frontais apresentava uma linha irregular, com evidências dos
sedimentos depositados nas dunas frontais, serem transgressivamente
transportados por ventos de nordeste. Este movimento transgressivo parece estar
ajustado a formação de cortes eólicos, cuja morfologia apresenta padrões
recurvados. Em relação às dunas parabólicas foi possível um sensível
detalhamento da ocorrência de dunas parabólicas não somente com diferentes
lóbulos deposicionais, mas por detalhar diferentes cortes eólicos presentes
nestas dunas. Em relação às escarpas erosivas que limitam a praia e as dunas
frontais, os avanços foram mais tímidos, haja vista que na fotografia aérea de
2005, foi possível se determinar variações entre a vegetação e a berma, com o
limite seco e úmido representado pelo espraiamento das ondas.
A formação de dunas frontais, na planície costeira do Peró foi primeiramente
interpretada por Fernandez et al. (2009) que descreveu a acumulação contínua de
sedimentos oriunda da remoção de materiais depositados na berma, removidos por
ventos de nordeste, fixados por uma vegetação essencialmente reptante, dando
origem às dunas frontais. Tais condições foram posteriormente detalhadas por
Fernandez et al. (2017). O refinamento da morfologia de dunas frontais, porém
com enfoque em arranjos na arquitetura deposicional foi feito por Moulton et al.
(2013) ao analisar a morfoestratigrafia de diferentes dunas frontais no Rio de
Janeiro e destaca o desenvolvimento de padrões de sedimentos depositados no topo
das dunas do Peró, precipitados em direção ao continente, em função de ventos de
nordeste. A ação das ondas de tempestade, causando efeitos morfológicos
descritos por escarpas erosivas, deve-se a entrada de ondulações mais
energéticas, do quadrante sul (Bulhões et al., 2016; Bulhões et al., 2014;
Fernandez et al., 2011).
Em relação às parabólicas, estas se mostram dispersas no reverso das dunas
frontais (Fernandez et al., 2017; Fernandez et al. 2017). A morfologia das
parabólicas segue um padrão de diferentes lóbulos deposicionais, que
provavelmente refletem a dinâmica persistente de ventos unidirecionais, com
pequenas flutuações, na evolução destes lóbulos, conforme Smyth et al. (2020). A
provocação deste processo geomorfológico, provavelmente ocorre em função do
desenvolvimento de cortes eólicos (Hesp, 2002), que em função de ventos
descendentes em rajadas (Hesp & Hyde, 1996), favorecendo o aumento da área
desprovida de vegetação, resultando em alargamento e aprofundamento conforme
descrito por Smyth et al. (2012, 2019). Desta forma, variações na direção na
direção preferencial dos ventos de nordeste, sobre sedimentos previamente
depositados na forma de parabólicas, favoreceriam a remoção da vegetação
fixadora de dunas, definidos pelos cortes eólicos remodelando as dunas, em
diferentes lóbulos direcionais.
Desta maneira, é bastante provável que as dunas parabólicas na área do Peró, por
não estarem conectadas diretamente às dunas frontais (Muehe, 2017; Fernandez et
al, 2017; Fernandez et al. 2009), devam ser o registro de dunas distribuídas na
planície costeira, formadas em condições ambientais pretéritas, ou seja, é
provável que tais dunas sejam resultado do efeito da vegetação, que favoreceu a
formação das parabólicas. Outra possibilidade seria o desenvolvimento
transgressivo de dunas frontais, que poderia ser desestabilizado por cortes
eólicos, favorecendo a migração para o interior de sedimentos parcialmente
expostos nos cortes eólicos nas frontais. De fato, com a proximidade das dunas
frontais, a partir de cortes eólicos, com as pernas das parabólicas mais
proximais à costa, talvez sejam em parte o reflexo da conexão futura entre as
dunas posicionadas frontalmente ao oceano, com a pernas mais proximais ao
litoral. Estudos desta natureza envolveriam desde a escala de eventos para
mesoescala (Delgado-Fernandez et al., 2018). De toda a forma, seriam necessários
esforços de monitoramento em sequência da dinâmica destas dunas, além de
amostras para obtenção de dados geocronológicos, para se estudar evolução de
mais longo prazo, não previstos neste trabalho. Lembrando que infelizmente
fotografias aéreas mais antigas do que 2005, pela baixa resolução espacial, não
se mostraram confiáveis para o melhor entendimento da evolução históricas das
dunas mais interiorizadas.
Na área do segundo voo, o trecho analisado mostra o desenvolvimento de cortes
eólicos diretamente sobre as dunas frontais. Os padrões morfológicos recurvados
dos cortes sugerem a deflexão dos ventos, a partir de cortes eólicos. Padrões
defletidos, como os observados no Peró, devem estar relacionados a padrões
semicirculares observados por Smyth et al. (2013). Formas semicirculares também
foram descritas no Canada por Hesp & Walker (2012) que mostram a evolução
sistemática dos cortes, em função de circulação interna, determinada pelo
aprofundamento topográfico. Dados apresentados nos Estados Unidos reforçam esta
dinâmica (Abhar et al., 2015).
Especificamente no Peró, Muehe et al. (2017) documenta o aprofundamento de um
corte eólico, que representa o entendimento em termos de dinâmica, dos cortes
eólicos. Na fotografia aérea de 2005 não era possível a identificação de um
corte eólico, uma vez que Muehe et al. (2010), se propôs a analisar possíveis
conexões entre a praia e dunas frontais, assim como a transferência de
sedimentos para a planície. Num segundo trabalho, porém, este corte eólico é
muito bem documentado em Muehe et al. (2015), a partir de sequencias de perfis
de praia, em que se evidencia gradualmente durante o monitoramento, do
aprofundamento da morfologia, descrito por um corte transversal a essa feição.
A partir dos dados de MDS, também se nota o desenvolvimento de formas
parabólicas, a partir de lóbulos evolutivos, no reverso das dunas frontais. Tal
fato é interessante, pois parece que a partir das dunas de precipitação
observadas em Moulton et al. (2013), estas feições poderiam evoluir para o
interior, com pouco aporte sedimentar oriundo das dunas frontais. Hugenholtz
(2010) descreve que é possível se identificar dunas parabólicas com baixo
suprimento sedimentar, ou seja, mesmo com a acumulação nas dunas frontais,
cortes eólicos atuais ou parcialmente estabilizados no Peró, poderiam ser
interpretados com dados de alta resolução, para melhor detalhamento morfológico.
Distribuição das duas áreas de sobrevoo com ARP na planície costeira do Peró
Morfologia das dunas costeiras observadas no Peró no sobrevoo 1. Notar a junção entre as frontais e parabólicas mais distais à praia.
Dunas frontais, cortes eólicos e escarpas distribuídos no Peró. As comparações com dados de Muehe (2014) evidenciam a atual dinâmica destas dunas.
Considerações Finais
A planície costeira do Peró, mesmo com um bom histórico de trabalhos sobre sua
geomorfologia, apresenta lacunas importante para o melhor entendimento sobre
nuances morfológicas envolvendo processos aerodinâmicos e hidrodinâmicos. Desta
forma, a partir do detalhamento morfológico, envolvendo não somente resultados
sobre a relação morfodinâmica envolvendo as praias e as dunas frontais, assim
como também na distribuição de formas das dunas distribuídas ao longo da
planície, foram feitos avanços sobre tais nuances, possíveis apenas pela
popularização na aquisição de dados aerofotogramétricos com ARPs, e
processamento destes dados, para a geração de MDS, em ambiente computacional.
Particularmente em áreas costeiras, em que a cobertura vegetal, em determinadas
áreas é rarefeita, estas ferramentas tendem a assumir um papel cada vez mais
relevante, em função da excelente resolução espacial dos MDS. Especificamente a
determinação de formas associadas a ação de ondas, como a continuidade de
escarpas erosivas contínuas às praias, assim como a identificação de diferentes
tipologias de cortes eólicos, foram potencialmente demonstrados no Peró. Mesmo
feições mais interiorizadas, em que seriam talvez mascaradas pela vegetação,
como no caso das parabólicas, estas também tiveram uma boa documentação, em
função da resolução espacial. Desafios em relação a estudos comparativos,
monitoramento e conexão com alterações e dinâmica em mesoescala estão postas
como elementos de futuros trabalhos.
Agradecimentos
BMota agradece à Capes pela bolsa de mestrado (2021-2023). SOliverira Filho foi
bolsista PNPD - CAPES. THolanda agradece à CAPES pela bolsa de doutorado.
GFernandez agradece ao CNPq pela bolsa de produtividade em pesquisa (PQ)
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