Introdução
Todos os milhões de anos, a Terra passou por muitas mudanças que moldaram a sua forma e estrutura actuais. De uma bola de pó de acordo com a hipótese nebulosa, à forma atual, a Terra transformou-se muito. Outrora um lugar habitável, durante o tempo hadeano, a nossa Terra tem visto muitos processos durante um longo período de mais de 4 bilhões de anos. As fases de desenvolvimento que formaram o mundo habitável actual incluem tanto as forças internas como externas. O impacto meteórico, as atividades vulcânicas e as atividades erosivas de rios, ventos, geleiras, oceanos, etc., juntamente com o espalhamento do fundo do mar e as atividades tectônicas de placas, têm trabalhado constantemente para moldar a Terra como vemos agora. Muitas dessas atividades ocorrem durante um curto intervalo, enquanto algumas levam milhões de anos para criar vários regimes climáticos, geológicos e geomórficos. Todos estes processos intermináveis ainda estão continuamente a decorrer e a moldar a nossa Terra actualmente. O mais notável de todos estes processos são os processos geomórficos, uma vez que eles criam a forma e a forma da Terra como a vemos agora. Portanto, o estudo destes processos geomórficos é fundamental para compreender os fenômenos e processos que estão ocorrendo na natureza.
Sobstante sua derivação das palavras gregas, γεω (Terra), μορφη (morph/form), e λογοϛ (discutir), geomorfologia significa literalmente “uma discussão sobre a forma da Terra”. Assim, é o estudo de várias características que se encontram na Terra, tais como montanhas, colinas, planícies, rios, morenas, circos, dunas, praias, espetos, etc., que são criadas por vários agentes, tais como rios, geleiras, vento, oceano, etc. Desde o século IV a.C., muitas pessoas têm estudado a formação da Terra, relacionando-se com várias observações no campo. Antigos gregos e romanos como Aristóteles, Strabo, Heródoto, Xenófanes e muitos outros discutiram sobre a origem dos vales, formação de deltas, presença de conchas de mar nas montanhas, etc. Após observar as conchas no topo das montanhas, Xenófanes especulou que a superfície da Terra deve ter subido e caído de tempos em tempos, criando assim vales fluviais e montanhas (c.580-480 a.C.). Após observar conchas no topo da montanha e vastas extensões de areia, Aristóteles (c.384-322 AC) sugeriu que as áreas que são terras secas agora devem ser cobertas pelo mar no passado e aquelas áreas onde o mar está presente agora devem ter sido terras secas uma vez. Por isso, ele propôs que a terra e o mar mudem de lugar. Tradicionalmente, a história do desenvolvimento da paisagem era feita através do mapeamento das características sedimentares e morfológicas. Para compreender a evolução da paisagem, foi seguida a regra de ouro, “o presente é a chave do passado”. Esta regra assume que os processos que são visíveis em ação hoje devem ter ocorrido também no passado, o que pode ser usado para inferir as razões para a formação da paisagem no passado. Assim, a formação passada dependia principalmente da informação relativa e do método de envelhecimento.
No entanto, a palavra “geomorfologia” foi cunhada pela primeira vez e usada entre os anos 1870 e 1880 para descrever a morfologia da superfície da Terra. Mas ela foi popularizada por William Morris Davis que propôs o “ciclo geográfico” também conhecido como “ciclo Davis” . Ele propôs que o desenvolvimento das paisagens ocorre como devido à ação alternada de elevação e desnudação. Ele assumiu que a elevação ocorre rapidamente e então a massa de terra erodida erode-se gradualmente para formar a topografia da região. Ele supôs que a elevação é uma ação rápida, enquanto que a denudação é um processo demorado. Assim, a criação de altas montanhas e vales profundos mostra a juventude, a maturidade e a velhice do desenvolvimento do relevo. Embora o ciclo de Davis seja considerado como um trabalho clássico, mas sua hipótese carece de um entendimento básico de que tanto a elevação quanto a desnudação ocorrem simultaneamente. Ambos os fenómenos andam de mãos dadas e não são necessariamente alternados. Assim, quase 35 anos depois, Walther Penck propôs uma variação do “modelo Davis”, onde ele mostrou que a interação entre a elevação e a desnudação ocorre simultaneamente. Ele sugeriu que, devido a ações simultâneas, as inclinações serão desenvolvidas em três formas principais. Primeiro, uma inclinação convexa onde a taxa de elevação é maior que a taxa de desnudação; em seguida, um estágio estável ou estacionário onde ambas as taxas são quase iguais, criando assim uma inclinação reta; e finalmente, inclinações côncavas quando a taxa de elevação é menor que a taxa de desnudação. Assim, ao longo de um período de tempo, vários aspectos de aterros têm sido estudados pelos geomorfologistas. Alguns geomorfologistas têm estudado o processo de formação destes aterros, enquanto alguns têm estudado a sua origem e história, e outros têm analisado várias formas de aterros pela sua quantitatividade. Assim, em poucas palavras, os geomorfologistas modernos concentram-se principalmente em três aspectos dos aterros sanitários: forma, processo e história. Os estudos de forma e processo são comumente chamados de geomorfologia funcional, enquanto que o último é de geomorfologia histórica. O estudo de vários processos que são responsáveis pela formação de uma paisagem cai no âmbito da geomorfologia funcional.
Todos estes tipos de geomorfologia que são visíveis na Terra variam em tamanho desde microescala como buracos, flautas, ondulações, etc. até características de mega-escala como cadeias de montanhas, bacias hidrográficas, etc. Portanto, o tempo necessário para formar estas características também varia de dezenas de anos a milhões de anos. Também tem sido observado que certas características são nativas de certas zonas climáticas; portanto, o desenvolvimento de zonas climáticas como áridas, tropicais, etc. desempenha um papel crítico na formação e evolução destas características geomórficas. Por exemplo, os landforms observados em latitudes mais elevadas mostram a assinatura do ciclo de glaciação e deglaciação, que é indicativo do ambiente climático quaternário, enquanto em outras partes do mundo, como o Grand Canyon do Vale do Rio Colorado, nos Estados Unidos, preservaram a assinatura de várias atividades, que ocorreram centenas de milhões de anos atrás, em seus vários landforms. A maioria dos aterros são formados e deformados devido aos dois processos, ou seja, endógenos que ocorrem dentro da crosta terrestre, tais como ciclos de calor convectivos, pluma crescente, e câmaras magmáticas e processos exógenos que moldam as características na superfície da Terra com a ajuda de vários agentes meteorológicos como água, vento, geleiras, mares, etc. Todos estes fenômenos de evolução da paisagem com respeito à vida útil, zonas climáticas e processos são mostrados na Figura 1.
Figure 1.
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Forma, processo, e suas inter-relações para a evolução de vários aterros desenvolvidos devido a processos endógenos e exógenos em várias escalas de tempo e zonas climáticas (adaptado de ).
Muitos trabalhos foram realizados no campo da geomorfologia funcional e histórica. Atualmente, muitos outros campos ou tipos de geomorfologia têm sido estudados, tais como geomorfologia tectônica, geomorfologia submarina, geomorfologia planetária, geomorfologia climática e geomorfologia de modelagem. A interação de forças tectônicas e processos geomórficos deformam regularmente a crosta terrestre, o que levou ao desenvolvimento da geomorfologia tectônica. Utiliza as técnicas e dados de outros campos da geologia principalmente estrutural, geoquímica, geocronologia em conjunto com a geomorfologia, e alterações climáticas. Como o nome sugere, a geomorfologia submarina concentra-se na origem, formação e desenvolvimento de aterros submarinos desenvolvidos tanto em ambientes marinhos rasos como profundos. A geomorfologia planetária lida com a aplicação do entendimento da formação de aterros na Terra a objetos extraterrestres tais como lua, planetas, exoplanetas, etc. Este é comparativamente o mais recente ramo e está se desenvolvendo muito rapidamente. Estudos geomórficos de Vênus, Marte, Júpiter, Titã e outros planetas são um bolo quente nos dias de hoje. O clima desempenha um papel crítico no desenvolvimento de vários nativos de cada zona climática, como árido, tropical, temperado, etc. Este entendimento é a base para o desenvolvimento da geomorfologia climática como um riacho. O efeito dos fenómenos climáticos juntamente com as actividades tectónicas coloca um novo fluxo transversal de geomorfologia conhecido como geomorfologia climato-tectónica. Hoje em dia, abordagens inter e multidisciplinares têm sido utilizadas em vários campos da ciência, e a geomorfologia é um deles onde a reprodução cruzada é altamente evidente. Até agora, vários ramos e ramos da geomorfologia têm sido desenvolvidos, e muitas pesquisas têm sido realizadas nessas áreas interdisciplinares.
entre todos os agentes exógenos que estão em ação para formar a paisagem, a água é o mais promissor e eficaz. Por isso, a geomorfologia fluvial tem sido muito estudada em detalhes. Tendo estes aspectos em mente, este livro foi formulado onde o foco principal é nas características geomórficas desenvolvidas devido à ação da água. Assim, dois capítulos sobre geomorfologia fluvial e um capítulo sobre geomorfologia costeira estão sendo apresentados aqui. Enquanto o último capítulo trata das tendências recentes do modelo de elevação digital (DEM) que poderia ser muito eficazmente utilizado para a análise morfométrica de vários cursos de água.
Hidro-geomorfologia, o estudo dos processos hidrológicos, envolve o escoamento superficial, o escoamento de base, a descarga dos cursos de água, e os processos de erosão do solo e do estiramento, que cinzelam continuamente o perfil geomorfológico de uma bacia. A vida útil de tais processos varia de poucas centenas de anos até mesmo milhões de anos. Além da quantificação dos processos hidrológicos, bem como dos processos de erosão do solo e do estiramento, a modelagem hidrogeomorfológica contínua fornece informações valiosas para a tendência futura desses processos físicos. Uma grande variedade de modelos integrados que simulam continuamente o escoamento superficial, a erosão do solo e os processos de transporte de sedimentos estão disponíveis. No Capítulo 2, um modelo matemático composto é apresentado visando simulações contínuas de processos hidrogeomorfológicos, bem como simulações contínuas de processos de erosão do solo e do estreito na bacia do rio Kosynthos (distrito de Xanthi, Trácia, nordeste da Grécia) e na bacia do rio Nestos (fronteira Macedonia-Thrace, nordeste da Grécia), as duas bacias vizinhas no nordeste da Grécia. Seu modelo gera hidrográficos e gráficos de sedimentos contínuos nos escoamentos das duas bacias a escalas temporais finas, cuja eficiência estatística com as grandezas medidas na saída da bacia é altamente significativa, proporcionando resultados satisfatórios. O coeficiente de correlação dos valores modelados com os valores medidos é superior a 80%, tanto para as bacias de água como para a descarga de sedimentos.
As actividades antropogénicas afectaram significativamente os regimes geomorfológicos fluviais num período de tempo muito curto. Desde a construção de barragens que aumenta a sedimentação no reservatório, alterando assim o perfil do leito do rio até o desmatamento e urbanização que está aumentando as taxas de erosão na bacia hidrográfica, as atividades antropogênicas deixaram suas marcas no fenômeno natural. Similar é o caso de St. Lawrence Lowlands of Quebec, região do Escudo Canadense, onde a construção de barragens tem levado ao aumento da largura das margens, diminuindo assim a sinuosidade do canal e alterando os regimes fluviais. Outras mudanças no padrão de uso do solo também levaram a uma maior erosão e sedimentação. O desmatamento de florestas para práticas agrícolas levou ao desmatamento, e mais tarde o reflorestamento nessa região (áreas agrícolas) devido ao declínio da força de trabalho agrícola impactou a evolução morfológica dos canais na região do Quebec, no Canadá. Assim, o Capítulo 3 tenta limitar os impactos do reflorestamento e da variabilidade hidroclimática na morfologia (largura e sinuosidade) do canal do rio Matambin, no Quebec, Canadá. Eles observaram uma diminuição de 21% na largura média das margens do canal de 1935 a 1964, que foi caracterizada por uma baixa freqüência de fortes cheias na região. Após 1964, foi observada uma tendência de aumento da largura média da margem do canal que está associada com o aumento da frequência de fortes cheias e diminuição da quantidade de sedimentos em suspensão produzidos pela erosão do solo.
Aumento das taxas de erosão são observadas quando o agente atmosférico é a água. E, considerando as enormes extensões dos oceanos e a erosão que ocorre nas margens, ocupa o primeiro lugar. Este efeito é claramente visível na mudança da linha de costa e na subida do nível do mar. A maioria das cidades povoadas em todo o mundo está situada perto das costas; assim, a maioria da população do mundo vive a poucos quilômetros da costa. Assim, é necessária uma gestão adequada das terras costeiras para atender às necessidades da população em constante crescimento. A mudança da costa (erosão das falésias) tem sido estudada usando modelos de previsão baseados em registros históricos e nos dados geomorfológicos de uma determinada região. Os modelos actuais de extrapolação histórica utilizam dados históricos de recessão, mas ambientes diferentes com os mesmos valores históricos podem produzir características de retirada anual idênticas, apesar das respostas potenciais a um ambiente em mudança serem desiguais. Por essa razão, modelos de resposta ao processo estão sendo explicados no Capítulo 4 baseados em dados reais na costa de Holderness (Reino Unido), para fornecer previsões quantitativas dos efeitos das mudanças naturais e induzidas pelo homem que não podem ser previstas usando outros modelos.
Com o advento da tecnologia de satélite, tem sido absolutamente fácil estudar a superfície da Terra a partir de dados de satélite. Quando se trata de identificar várias tempestades de areia e descrever as aparências físicas, imagens de satélite ou fotos aéreas vêm muito a calhar. No entanto, esta abordagem é mais qualitativa do que quantitativa e é definida como morfografia, onde as formas externas são descritas sem dar informações sobre a forma de criação dessas características. Vários métodos são utilizados para definir a origem dos traços e o mecanismo de desenvolvimento desses traços. Isto está sob morfogênese, enquanto a morfocronologia trata da estimativa da idade das formas, tanto em termos absolutos como relativos. Finalmente, a estimativa quantitativa realizada por medições das características geométricas das formas é conhecida como morfometria. Há vários parâmetros morfométricos e índices morfométricos sendo usados na geomorfometria para definir a análise e classificação da forma do aterro. O Capítulo 5 apresenta uma revisão detalhada explicando vários índices e parâmetros geomorfométricos e mostra a utilização do DEM para extração dessas informações. Ele explica estas ferramentas com vários exemplos que estão disponíveis em vários pacotes SIG.