Autores
- KARINA COSTA DE ALMEIDAUNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE - UFFEmail: karinacosta@id.uff.br
- THAÍS BAPTISTA DA ROCHAUNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE - UFFEmail: thaisbaptista@id.uff.br
- ANDRÉ PAULO FERREIRA DA COSTAUNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE - UFFEmail: dacostaandre01@gmail.com
- GUILHERME BORGES FERNANDEZUNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE - UFFEmail: guilhermefernandez@id.uff.br
Resumo
O trabalho tem como objetivo mapear as alterações na linha de costa do delta do
rio Paraíba do Sul entre 1984 e 2021 em escala anual. Além disso, foram
analisados os processos de acreção e recuo na linha de costa nos intervalos
temporais onde ocorreram os eventos El Niño e La Niña de forte intensidade. Para
o Mapeamento através da detecção de mudança, foi aplicado o índice MNDWI
(Modified Normalized Difference Water Index) por meio de métodos empregados à
plataforma do Google Earth Engine (GEE). Foram utilizadas as coleções de imagens
LANDSAT 5, 7 e 8. Os resultados apontam para uma relação entre a ocorrência do
ENOS e os períodos de expressiva acreção na linha de costa do delta. Entretanto,
não foi possível identificar relação com os intervalos que obtiveram balanço
negativo na linha de costa.
Palavras chaves
Linha de Costa; EL Niño; La Niña; Google Earth Engine; MNDWI
Introdução
O litoral brasileiro possui características geológicas, como o posicionamento em
margem passiva e a drenagem de grandes bacias, que propiciam o aporte para
construções deltaicas. Na costa leste brasileira essas características levaram a
formação de extensas feições deltaicas, como os deltas dos rios São Francisco,
Jequitinhonha, Doce e Paraíba do Sul. Sendo essas, feições que configuram a
transição entre o ambiente continental e marinho. São construídas a partir da
acumulação dos sedimentos despejados pelos rios e retrabalhados pelas forçantes
oceanográficas (ROCHA et al, 2022). Segundo Tessler et al. (2015), a taxa média
de crescimento populacional nas áreas de influência de ambientes deltaicos foi
maior do que a média global entre 1985 e 2010. Essa pressão antrópica aliado ao
debate das mudanças climáticas globais, do aumento do nível do mar e dos eventos
climáticos extremos, têm posicionado os deltas como uma área de grande
relevância para estudos de prognósticos e ação de adaptação.
Os ambientes deltaicos geralmente apresentam progradação em direção ao mar, mas
a erosão costeira é um processo frequentemente observado nesses ambientes. Um
estudo realizado por Besset, Anthony e Bouchette (2019) classificou 29 dos 54
deltas analisados pelo globo como em quadro de erosão. Os autores sugerem que a
construção de barragens nas bacias de drenagem, reduzindo a descarga fluvial,
como principal causa. No trabalho foi constatada redução da descarga sedimentar
no rio Paraíba do Sul. Outros estudos, como Almeida (2021), Rocha et al. (2018)
e Machado (2020) identificaram tanto o processo de erosão quanto de progradação
na linha de costa do delta.
Além disso, o trabalho de Rocha et al (2019) identificou truncamentos erosivos
alinhados na planície do delta, através de datação por Luminescência Opticamente
Estimulada (LOE). Esses truncamentos descrevem processos erosivos pretéritos
seguidos de progradação da planície. Com isso, surge a necessidade de
investigações de abrangência temporal mais ampla para o mapeamento e para as
causas dos processos de erosão costeira e acreção, cujo balanço pode refletir em
perdas ou ganhos de área emersa do delta.
Dentre as causas naturais que podem influenciar tais processos, os fenômenos
atmosférico-oceânicos El Niño e La Niña são citados por Smith e Barnard (2021),
Guzman, Ramos e Dastgheib (2020), Pereira e Klumb-Oliveira (2015), Andrade
(2005). Influenciando em passagens de ondulações de tempestade no litoral e
direção das correntes litorâneas. Além disso, no território brasileiro, o El
Niño pode causar severas secas na região nordeste e aumentar as temperaturas na
região sudeste, enquanto a La Niña pode acarretar no aumento da precipitação na
região nordeste do país.
A planície deltaica do rio Paraíba do Sul apresenta configurações distintas. No
flanco norte, a construção se deu com intercalação das cristas de praia por
depressões lagunares (COSTA; ROCHA; FERNANDEZ, 2020; ROCHA, et al., 2019; COSTA;
ROCHA, 2018; VASCONCELOS et al, 2016). Ainda no Flanco Norte, é encontrada a
dinâmica de spits no litoral. Spits são barreiras arenosas conectadas à planície
por apenas uma de suas extremidades, Costa, Rocha e Fernandez (2020) e
Vasconcelos et al., (2016) descreveram os processos dessa dinâmica. Já no flanco
Sul, a planície foi construída por uma sucessão de cristas de praias e
depressões arenosas (ROCHA, et al., 2019; FERNANDEZ; ROCHA, 2015). No flanco
sul, é evidente o processo de erosão costeira que persiste no litoral de Atafona
desde os anos de 1950. Machado (2020) constatou taxas de recua da linha de costa
de até -5m/ano.
A partir disso, o objetivo do trabalho é mapear as alterações na linha de costa
do delta do rio Paraíba do Sul (DRPS) (Figura 2 - Área de estudos) entre 1984 e
2021 em escala anual. O mapeamento será obtido por meio de métodos empregados na
plataforma do Google Earth Engine (GEE). Além disso, serão analisadas as
alterações ocorridas em anos de El Niño e La Niña de alta intensidade.
Material e métodos
Costa (2021) utilizou a adaptação do script LandTrend, de Kennedy et al. (2018),
para mapear detecções de mudança na linha de costa. O LandTrendr cria séries
temporais pixel por pixel das imagens a partir de seus valores de reflectância,
possibilitando a detecção de alterações na série histórica. Assim como Almeida
(2021), o presente trabalho utilizou os métodos desenvolvidos por Costa (2021)
para mapear as alterações da linha de costa no delta do Rio Paraíba do Sul desde
1984.
O script no Google Earth Engine (GEE) foi executado trinta e sete vezes para
obtenção dos mapeamentos das alterações em escala anual, respeitando os
intervalos de 1984-1985, 1985-1986, 1986-1987 e assim sucessivamente até o
intervalo 2020-2021. Primeiro foram determinados os intervalos temporais; em
seguida, foram coletadas as coleções de imagens LANDSAT. No trabalho foram
utilizadas as coleções de imagens LANDSAT 5, 7 e 8.
A partir das coleções de imagens, foram obtidos os mosaicos anuais compostos com
os valores do índice MNDWI (Modified Normalized Difference Water Index). No
Trabalho de Xu (2006) é proposto a adaptação do índice desenvolvido por
McFeeters (1996), substituindo a utilização da banda de infravermelho próximo
pela banda de infravermelho médio para maior exatidão na diferenciação dos
alvos. Essa substituição acarreta em maior discrepância entre os valores de área
emersa e corpos d’água. Nos índices tanto de Xu (2006) quanto de McFeeters
(1996) valores maiores que zero (>0) são representativos da presença de corpos
hídricos enquanto que valores menores que zero (<0) representam áreas emersas.
Em seguida, os mosaicos foram organizados em lista de maneira cronológica,
formando os pares de mosaicos (1984-1985, 1985-1986, 1986-1987...). A partir dos
pares foi realizada a multiplicação dos valores MNDWI de cada pixel da primeira
imagem pelos valores correspondentes da segunda Imagem, obtendo a imagem-
produto. A imagem-produto, é representante das áreas onde ocorreram mudanças de
classe, tanto de área emersa para corpo hídrico (mar), quanto de corpo hídrico
(mar) para área emersa.
Para obter a separação dos tipos de alteração na linha de costa foram
necessárias mais algumas etapas, conforme descrito por Costa (2021). Primeiro
foi realizado o mascaramento dos valores negativos. Em seguida, foi efetuada a
multiplicação dos valores MNDWI dos pixels da primeira imagem de cada par por 10
para extrapolar os valores dos pixels para a próxima operação. O produto dessa
multiplicação foi somado aos valores negativos (representativos de alterações)
da imagem-produto. Dessa forma, foi possível obter a separação dos tipos de
alteração. Alterações do tipo área emersa para corpo hídrico apresentam sempre
valores negativos (<0) enquanto que mudanças de corpo hídrico para área emersa
apresentam valores positivos (>0). Em seguida, foi necessário realizar novo
mascaramento para separação das matrizes de cada tipo de mudança. Após esse
resultado, os dados foram vetorizados e exportados do GEE. Além disso, no GEE
também foram obtidos os valores de área das superfícies onde ocorreram as
alterações, possibilitando o cálculo do balanço entre as alterações decorrentes
dos processos de erosão e acreção. Os shapefiles exportados foram trabalhados no
programa Arcmap do software ArcGIS para produção dos mapas. Os dados de balanço
foram utilizados para produção do gráfico no software Excel.
No gráfico de balanço de área, foi inserida a identificação dos períodos em que
ocorreram os eventos ENOS mais intensos durante a série histórica trabalhada.
Segundo a agencia National Oceanic And Atmospheric Administration (NOAA), os
eventos ENOS são classificados como fortes quando as temperaturas da superfície
do mar atingem valores acima de 1,5ºC para El Niño e abaixo de -1,5ºC para La
Niña. A identificação dos períodos de anomalia e valores de TSM estão
disponíveis por meio do seguinte
link:https://origin.cpc.ncep.noaa.gov/products/analysis_monitoring/ensostuff/ONI
_v5.php
Resultado e discussão
Como resultado, foi obtido o mapeamento das alterações na linha de costa do
delta do Rio Paraíba do Sul entre 1984 e 2021 em escala anual, constatando os
processos de recuo e acreção. A partir dos dados de área, foi calculado o
balanço entre perda e ganho de área emersa para cada um dos períodos
considerados (Figura 1). Ademais, foram identificados os anos de ocorrência dos
fenômenos ENOS de alta intensidade, para análise da linha de costa nesses
períodos. Com isso, foi elaborado mapeamento das alterações da linha de costa do
DRPS nos intervalos de ocorrência de El Niño intensos (Figura 2) e o mesmo foi
feito para os períodos de La Niña de alta intensidade (Figura 3).
As alterações da linha de costa nos intervalos entre 1985 e 1987 apresentaram os
balanços negativos mais expressivos de toda série histórica analisada (Figura
2). Entre 1985-1986, o recuo da linha de costa se concentrou em Gargaú e, com
menos intensidade, nas porções da Ilha da Convivência e Atafona próximas a foz.
Enquanto em 1986-1987, o recuo prevaleceu por todo flanco sul do delta,
apresentando maior expressão em atafona e na fração da Ilha da Convivência
próxima a foz, e menor expressão em Gargaú. É importante ressaltar que durante
esse intervalo temporal não ocorreram ENOS de alta intensidade.
Fazendo um recorte entre 1987 e 1992, houve o predomínio dos ganhos de área
expressivos na linha de costa do delta. Em anos de El Niño, é possível observar
a presença da erosão localizada nas áreas centrais enquanto a acreção predomina
as extremidades do delta. Além disso, nesse intervalo temporal, entre 1988-1989,
ocorreu La Niña e menor balaço de área, devido a menor acreção e maior
distribuição da erosão pela linha de costa do delta.
No intervalo 1997-1998, ocorreu a maior área de acreção no delta na série
histórica, sendo também, um intervalo com ocorrência do El Niño. Com balanço
positivo, a acreção pode ser observada por toda linha de costa do delta,
enquanto o recuo aparece no litoral de Gargaú, em porções da ilha da convivência
e em Atafona. No intervalo seguinte de 1998-1999, há ocorrência de La Niña. O
balanço de área tem uma queda, mas continua positivo. Nas extremidades do delta
ocorre acreção, na parte central predomina o recuo, entretanto é constatado
avanço na fração da linha de costa de Atafona próximo a foz.
Nos períodos de 1999-2000 e 2007-2008, ocorreram La Niñas de alta intensidade e
foram obtidos balanços positivos. A acreção na linha de costa foi bastante
expressiva e o recuo não ocorreu de maneira intensa. A erosão pode ser observada
nas proximidades de Gargaú, na Ilha da Convivência e com menor intensidade no
litoral de atafona, enquanto a acreção se intercala com esses recuos e é
dominante em Grussaí e nas extremidades do delta. Entre 2007 e 2008 ocorreu o
maior balanço positivo do período em análise.
No intervalo de 2010-2011, ocorreu La Niña mas nesse intervalo o balanço
positivo foi menor. A acreção prevaleceu por toda linha de costa do flanco sul
do delta, de Atafona a Grussaí, enquanto a erosão foi mais concentrada no
litoral de Gargaú e em pequenas porções próximas a foz e na Ilha da Convivência.
Entre 2015 e 2016, foi registrado o ultimo El Niño de alta intensidade da série
analisada. O balanço se manteve positivo, mas foi o menor obtido entre os
intervalos com ocorrência de El Niño. O recuo da linha de costa se concentrou em
atafona e na ilha da convivência, enquanto em Gargaú há erosão de pequenos
fragmentos, predominando a acreção. Na linha de costa em Grussaí e nas
extremidades do delta a acreção foi dominante.
A partir da análise das alterações durante os nove episódios de ocorrência de
ENOS de alta intensidade, os dados apontam, qualitativamente, para uma relação
entre eventos extremos e o balanço positivo da linha de costa do delta. Durante
eventos El Niño, ocorreram ganhos expressivos de área, enquanto em La Niña, o
balanço positivo reflete a diminuição nos valores de perda de área.
No período de 1984 a 2021, foram identificados nove momentos em que o balanço de
área na linha de costa do delta obteve valores negativos. Cabe ressaltar que, em
nenhum desses intervalos temporais, ocorreram eventos ENOS de alta intensidade.
Com isso, não é possível estabelecer relação entre os eventos extremos e as
ocorrências de balanço negativo na linha de costa do delta. Entretanto, os
autores ressaltam a necessidade de análise estatística dos dados.
Em trabalhos como o de Rocha et al (2022), Costa, Rocha e Fernandez (2020) e
Besset, Anthony e Bouchette (2019) é identificado e discutido a ocorrência de
redução da vazão do Rio Paraíba do Sul nas ultimas décadas. É importante
ressaltar as alterações na linha de costa durante o intervalo temporal entre
2012 e 2016. Nesse período, as vazões do rio Paraíba do Sul apresentaram valores
reduzidos, chegando a uma estiagem extrema nos anos de 2014 e 2015, com valores
iguais ou inferiores às mínimas registradas historicamente (INEA). Nessa janela
temporal, o ganho de área não apresentou nenhum momento de grande expressão, mas
o balanço de área se manteve positivo.
No trabalho de Besset, Anthony e Bouchette (2019), o delta do rio Paraíba do sul
foi identificado como vulnerável a erosão costeira devido a constatação de
diminuição nos valores de vazão do rio nas ultimas décadas. no estudo foi
utilizado um índice de 1 a 4 quanto a vulnerabilidade dos deltas em relação a
redução da descarga fluvial, onde 1 não há redução da descarga fluvial e 4 há
uma redução superior à 50%. O delta do rio Paraíba do Sul foi classificado como
3, tendo menos de 50% de redução da descarga fluvial.
Apesar disso, quando analisado o intervalo temporal entre 1984 e 2021, o delta
apresenta balaço positivo de 0,3607km². No trabalho de Besset, Anthony e
Bouchette (2019), os autores apontam as construções de barragens nos rios como
principal responsável pela retenção dos sedimentos que deveriam chegar à foz. A
bacia de drenagem do rio Paraíba do sul, tem sofrido diversas alterações devido
a captações, barragens e ocupações transformando o uso do solo, entretanto, a
partir do trabalho de Rocha et al. (2019) são evidenciadas questões que sugerem
a erosão ocorrida no delta como parte da dinâmica natural.
Rocha et al. (2019) identificou e datou por LOE (Luminescência Opticamente
Estimulada) truncamentos erosivos presentes na planície holocênica do delta do
rio Paraíba do sul. A partir disso, os autores identificaram ciclos erosivos que
podem perdurar por décadas. Além disso, Rocha et al. (2022) ressalta que mesmo
com as constantes alterações na linha de costa e a localizada erosão em atafona,
a planície deltaica mantem o ganho de área, e consequente progradação do delta.
Essa configuração caracteriza o delta do rio Paraíba do sul como, resistente e
resiliente às alterações antropogênicas na bacia de drenagem (ROCHA, et al.
2022).
A espacialização dos fenômenos de acreção e recuo na linha de costa intervalos
anuais, possibilitaram maior detalhamento das dinâmicas. Foi identificado três
intervalos temporais onde há acreção na linha de costa em Atafona (Figura 2:
1985-1986 e 1987-1988) (Figura 3: 1998-1999, 1999-2000 e 2010-2011), área
reconhecida na literatura pelas taxas de erosão. No Flanco norte do delta, a
dinâmica dos spits reflete nas constantes alterações entre acreção e recuo na
linha de costa. Segundo Costa, Rocha e Fernandez (2020), em períodos de La Niña,
os spits podem estar mais suscetíveis a erosão, devido aumento das ondulações de
tempestade. A partir dos mapeamentos durante La Niña (Figura 3) é possível
observar a erosão nos spits e também, em alguns momentos, o crescimento
longitudinal. Com o mapeamento das alterações no intervalo 1984-2021(Figura 3) é
possível observar a concentração do recuo na foz do rio e em suas proximidades e
a acreção nas extremidades do delta, apontando para a previsão de Nienhuis et
al. (2020), onde deltas dominados por ondas que sofrem erosão caminhariam para
uma linha de costa mais retilínea.
Balanço de área obtido nos intervalos temporais. Indicação dos períodos de ocorrência dos fenômenos ENOS de alta intensidade.
Área de estudos. Período de maior balanço negativo. Alterações na linha de Costa do DRPS em períodos de ocorrência de El Niño.
Alterações na linha de costa do DRPS entre 1984- 2021. Alterações na linha de Costa do DRPS em períodos de ocorrência de La Niña.
Considerações Finais
A partir do mapeamento das alterações na linha de costa do delta do rio Paraíba do
Sul em escala anual foram obtidos os valores de área dos processos de acreção e
recuo da linha de costa para os 37 intervalos temporais, entre 1984 e 2021. Com a
implantação dos períodos de ocorrência dos fenômenos ENOS de alta intensidade no
gráfico foi possível obter algumas relações entre os processos. Durante eventos El
Niño, foram obtidos ganhos expressivos de área na linha de costa. Com a ocorrência
de La Niña, o balanço positivo refletiu a diminuição nos valores de perda de área
devido o processo de acreção não apresentar grande expressão. Entretanto, não foi
possível identificar relação entre os ENOS e os intervalos que obtiveram balanço
negativo na linha de costa.
Além disso, entre 1984 e 2021 foi obtido balanço positivo de 0,3607km² para as
alterações na linha de costa. Esse resultado ressalta as interpretações feitas por
Rocha et al. (2022), em relação à resistência e resiliência do delta do rio
Paraíba do Sul frente as Alterações antropogênicas na bacia de drenagem.
Agradecimentos
Agradecemos a Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)
pela bolsa de Mestrado e a Fundação Carlos Chagas de Amparo à Pesquisa (FAPERJ)
pela bolsa de iniciação científica.
Referências
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