Discrimination of geomorphic surfaces with multivariate analysis of soil attributes in sandstone - basalt lithosequence

O conceito de superfície geomórfica permite uma interligação entre os diferentes ramos da ciência do solo, tais como geologia, geomorfologia e pedologia. Esta associação favorece a compreensão da distribuição espacial dos solos na paisagem, e torna possível compreender o comportamento dos atributos do solo, que estão principalmente relacionadas com a estratigrafia e formas do relevo. Assim, este estudo visa à aplicação da estatística multivariada para categorizar superfícies geomórficas em uma litossequência arenito-basalto, de modo a fornecer uma base para a avaliação do solo em áreas afins. A área de estudo está localizada no município de Pereira Barreto, São Paulo, Brasil. A área escolhida possui 530 hectares, onde foram localizadas e mapeadas três superfícies geomórficas (I, II e III). Na área, 134 amostras foram coletadas nas profundidades de 0,0-0,2 m e 0,8-1,0 m, foram determinados os conteúdos de areia, silte e argila, pH em CaCl2, conteúdo de MO, P, Ca, Mg, K, Al e H+Al. Com base nos resultados, foram realizadas a análise univariada e multivariada de variância, clusters e principal componente, a fim de comparar as três superfícies geomórficas. A análise estatística univariada dos atributos do solo não foi eficiente na identificação das três superfícies geomórficas. Utilizando-se os atributos físicos e químicos do solo, as técnicas estatísticas multivariada permitiram à separação dos três grupos de corpos naturais do solo que foram equivalentes as três superfícies geomórficas mapeadas. Estes resultados são interessantes, pois demonstram a viabilidade da utilização de classificação numérica das superfícies geomórficas para ajudar no mapeamento de solo.

Clay mineralogy and magnetic susceptibility of Oxisols in geomorphic surfaces

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Relações solo-paisagem em uma litosseqüência arenito-basalto na região de Pereira Barreto, SP

Os objetivos deste trabalho foram estudar as relações solo-paisagem em uma litosseqüência de transição arenito-basalto e verificar a similaridade dos limites de superfícies geomórficas mapeados no campo com os limites mapeados a partir de técnicas geoestatísticas. Foi realizado o mapeamento de uma área de 530 ha, utilizando-se equipamento de GPS, e em seguida elaborou-se o Modelo de Elevação Digital, que possibilitou o estabelecimento da transeção de 2.100 m a partir do topo. Ao longo da transeção, o terreno foi estaqueado a intervalos regulares de 50 m, nos quais foram realizadas medidas da altitude para confecção do perfil altimétrico. As superfícies geomórficas foram identificadas e delimitadas conforme critérios topográficos e estratigráficos, com base em intensas investigações de campo. Coletaram-se amostras de solo em pontos laterais em 67 locais, nas superfícies geomórficas identificadas, nas profundidades de 0,0-0,25 m e 0,80-1,00 m. Além disso, foram abertas trincheiras nos segmentos de vertente inseridos nas superfícies geomórficas mapeadas. As amostras coletadas foram analisadas quanto a densidade do solo, textura, Ca2+, K+, Mg2+, SB, CTC, V, pH (água e KCl), SiO2, Al2O3 e Fe2O3 (ataque por H2SO4), óxidos de Fe livres extraído com ditionito-citrato-bicarbonato e ferro mal cristalizado extraídos com oxalato de amônio. A fração argila desferrificada foi analisada por difração de raios X. A compartimentação da paisagem em superfícies geomórficas e a identificação do material de origem mostraram-se bastante eficientes para entendimento da variação dos atributos do solo. A análise individual desses atributos por meio de estatística univariada auxiliou na discriminação das três superfícies geomórficas. O uso de técnicas de geoestatística permitiu a confirmação de que mesmo os atributos do solo apresentaram limites próximos aos das superfícies geomórficas.

Superfícies geomórficas e atributos de Latossolos em uma seqüência Arenítico-Basáltica da região de Jaboticabal (SP)

Em um segmento de vertente com substrato de arenito em contato com basalto, regionalmente muito freqüente, pretendeu-se não só relacionar as superfícies geomórficas com os atributos físicos, químicos e mineralógicos dos Latossolos nelas encontrados, mas também testar métodos geoestatísticos para localização de limites dessas superfícies. Usando critérios geomorfológicos, três superfícies foram identificadas e topograficamente caracterizadas. Os solos foram amostrados, a intervalos regulares de 25 m, na profundidade de 0,6 a 0,8 m (topo do horizonte B), em uma transeção de 1.700 m perfazendo 109 pontos. Nas amostras, foram analisados: densidade de partículas, granulometria, CTC do solo, CTC da argila, Fe total da argila (ataque por H2SO4) e óxidos de Fe livres (por dissolução seletiva). A fração argila desferrificada foi analisada por difração de raios X. Com base na estratigrafia e variações do relevo local, foram identificadas e diferenciadas, no campo, três superfícies geomórficas. Analisaram-se também o perfil altimétrico e o modelo de elevação digital do terreno. Observou-se que as três diferentes superfícies estão bem relacionadas com os atributos físicos, químicos e mineralógicos dos seus respectivos solos. Na parte inferior desta vertente, superfície mais recente e sobre basalto, em Latossolo Vermelho eutroférrico típico, foram encontradas as maiores variabilidades da declividade, da argila e de Fe. As variações da inclinação do terreno, quando analisadas sistematicamente pelo split moving windows dissimilarity analysis (análise estatística de dissimilaridade, em segmentos móveis), mostraram que este método estatístico pode ser usado para ajudar a localizar os limites entre superfícies geomórficas. As variações dos solos da transeção, e arredores, mostraram-se relacionadas com idade, inclinação do terreno e litologia. O trabalho geomórfico detalhado forneceu importantes informações para subsidiar os trabalhos de levantamento de solos e de pedogênese.

Relações solo-paisagem em topossequência de origem basáltica

Variações nos atributos do solo dependem da posição do solo na paisagem e processos de drenagem, erosão e deposição. Este estudo objetivou avaliar os atributos físicos e químicos do solo, em uma topossequência de origem basáltica, na região de Batatais (SP). A área possui relevo aplanado e altitude oscilando entre 740 m e 610 m, em região dominada por basaltos. Foi estabelecido caminhamento de 3.000 m, a partir do espigão da vertente, no seu declive mais suave. As superfícies geomórficas foram identificadas e delimitadas conforme critérios topográficos e estratigráficos, com base em intensas investigações detalhadas de campo. Foram coletadas amostras laterais aos perfis modais representativos das diversas superfícies geomórficas (S.G.) da topossequência (S.G. I = topo; S.G. II = meia encosta e sopé de transporte; S.G. III = ombro e sopé de deposição), totalizando 142 amostras. Além disto, foram abertas trincheiras, nos segmentos de vertente inseridos nas superfícies geomórficas mapeadas. As amostras coletadas foram analisadas quanto à densidade do solo, textura, bases trocáveis (Ca2+, K+ e Mg2+), soma de bases, capacidade de troca catiônica, saturação por bases, pH (água e KCl), SiO2, Al2O3, Fe2O3 (ataque por H2SO4), óxidos de Fe livres extraídos com ditionito-citrato-bicarbonato e Fe mal cristalizado extraído com oxalato de amônio. Os resultados revelaram que os solos oriundos de basalto apresentaram atributos físicos e químicos com comportamento dependente das formas do relevo. Com o uso de técnicas estatísticas multivariadas, foi possível distinguir três diferentes ambientes, que equivalem às três superfícies geomórficas.

Modelos de paisagem e susceptibilidade magnética na identificação e caracterização do solo

O conhecimento detalhado do solo e de seus atributos, ao longo da paisagem, é uma demanda permanente dos sistemas urbanos e agroindustriais, para o planejamento sustentável de uso e ocupação. O presente trabalho objetivou estudar o potencial de modelos de paisagem e susceptibilidade magnética na identificação e caracterização de latossolos, em Guariba (SP). Foram coletadas 514 amostras de solo, em 110,0 ha, às profundidades de 0,0-0,20 m e 0,60-0,80 m. Foram identificados diferentes compartimentos de paisagem, com base no modelo de superfície geomórfica e segmento de vertente. em cada compartimento de paisagem, foram abertas trincheiras, para classificação do solo. As amostras foram analisadas quanto à granulometria e atributos químicos, pH (água, CaCl2 e KCl), matéria orgânica, P extraível, K+, Ca2+, Mg2+ e H+ + Al3+. Também foram determinados os teores de SiO2, Al2O3, Fe2O3 e óxidos de Fe livres (Fe d) e pouco cristalizados (Fe o), nas amostras das trincheiras, além da susceptibilidade magnética (SM). Solos taxonomicamente iguais, porém em diferentes compartimentos da paisagem, apresentaram valores distintos, para os atributos estudados, indicando que os modelos de paisagem e a susceptibilidade magnética podem ser viáveis, como técnica de campo, para auxiliar no detalhamento da variação dos atributos do solo. A susceptibilidade magnética demonstrou ter potencial para delimitação das superfícies geomórficas mapeadas no campo, o que indica o seu potencial de uso, na identificação e caracterização de áreas mais homogêneas.

Influência das superfícies geomórficas na distribuição espacial dos atributos do solo em área sob cultivo de cana-de-açúcar

Variations in soil attributes occur based on relief forms and parent material. The objective of this research was to study the influences of geomorphic surfaces on the spatial distribution of soil attributes in a sugarcane cultivation area. First, 530,67 hectares were mapped by using a Global Positioning System. Then, a Digital Elevation Model was developed and geomorphic surfaces were identified and delimited, according to topographic and stratigraphic criteria based on detailed field investigations. Soil samples were collected every 7 ha, at 0.0-0.25 m and 0.80-1.00 m depths, totalizing 134 samples. Texture, Ca, K, Mg, SB, CEC, V%, pH, and OMS analyses were carried out as well as descriptive statistics and geostatistics analysis. It was concluded that the geostatistic techniques and digital elevation model helped to notice that soil attributes presented limits close to the geomorphic surfaces ones.

Superfícies geomórficas e atributos do solo em uma toposseqüência de transição várzea-terra firme

Soil attributes reflect influence of the geomorphic surfaces. Therefore, the objective of this work was to investigate the influence of the geomorphic surfaces on soil attributes in a topossequence from low lands to high lands in the Humaitá region, AM. A transect of 4.5 km, from the top of the slope towards the low lands was established and the geomorphic surfaces were identified and limited according to topographic and estratigraphic criteria, based on detailed field investigation. Twenty soil samples were collected in each one of the slope segments within the geomorphic surfaces (G.S.), at the following depths: G.S. I: LAa (0.0-0.16 and 0.48-0.79 m); G.S. II: Lad1 (0.0-0.13 and 0.44-0.70) and Lad2 (0.0-0.10 and 0.30-0.55 m); G.S. III: RYve1 (0.0-0.18 and 0.51-0.89) and RYve2 (0.0-0.23 and 0.58-0.91 m). The sampling depths were determined by the surface and subsurface horizon depths, defined during the soil morphological description. Physical analysis involved particle size distribution, disperse clay, soil and particle density and total porosity. The chemical analysis involved determinations of pH in water and KCl, exchangeable cations, exchangeable Al, total acidity (H+Al), available P, organic carbon. The relief variations contributed to the presence of dystrophic soils in the geomorphic surface I and eutrophic soils in the geomorphic surface III. The multivariate statistical techniques were able to separate three heterogeneous groups, equivalent to the mapped geomorphic surfaces.

Relações entre mineralogia da argila, suscetibilidade magnética e adsorção de fósforo em latossolos da região de Jaboticabal-SP

Pós-graduação em Agronomia (Ciência do Solo) - FCAV

Superfícies geomórficas e variabilidade de latossolos em uma vertente sobre arenito-basalto em Jaboticabal (SP)

Pós-graduação em Agronomia (Ciência do Solo) - FCAV

Surface uplift and climate change - the geomorphic evolution of the western escarpment of the Andes of northern Chile between the Miocene and present

The Western Escarpment of the Andes at 18.30°S (Arica area, northern Chile) is a classical example for a transient state in landscape evolution. This part of the Andes is characterized by the presence of >10,000 km2 plains that formed between the Miocene and the present, and >1500 m deeply incised valleys. Although processes in these valleys scale the rates of landscape evolution, determinations of ages of incision, and more importantly, interpretations of possible controls on valley formation have been controversial. This paper uses morphometric data and observations, stratigraphic information, and estimates of sediment yields for the time interval between ca. 7.5 Ma and present to illustrate that the formation of these valleys was driven by two probably unrelated components. The first component is a phase of base-level lowering with magnitudes of∼300–500 m in the Coastal Cordillera. This period of base-level change in the Arica area, that started at ca. 7.5 Ma according to stratigraphic data, caused the trunk streams to dissect headward into the plains. The headward erosion interpretation is based on the presence of well-defined knickzones in stream profiles and the decrease in valley widths from the coast toward these knickzones. The second component is a change in paleoclimate. This interpretation is based on (1) the increase in the size of the largest alluvial boulders (from dm to m scale) with distal sources during the last 7.5 m.y., and (2) the calculated increase in minimum fluvial incision rates of ∼0.2 mm/yr between ca. 7.5 Ma and 3 Ma to ∼0.3 mm/yr subsequently. These trends suggest an increase in effective water discharge for systems sourced in the Western Cordillera (distal source). During the same time, however, valleys with headwaters in the coastal region (local source) lack any evidence of fluvial incision. This implies that the Coastal Cordillera became hyperarid sometime after 7.5 Ma. Furthermore, between 7.5 Ma and present, the sediment yields have been consistently higher in the catchments with distal sources (∼15 m/m.y.) than in the headwaters of rivers with local sources (<7 m/m.y.). The positive correlation between sediment yields and the altitude of the headwaters (distal versus local sources) seems to reflect the effect of orographic precipitation on surface erosion. It appears that base-level change in the coastal region, in combination with an increase in the orographic effect of precipitation, has controlled the topographic evolution of the northern Chilean Andes.

Geomorphic and hydrodynamic responses in salt marsh-tidal creek systems, Jiangsu, China

Salt marsh-tidal creek systems as a coastal geomorphological unit represent an important natural resource. The present study on Jiangsu salt marshes, eastern China, shows that variations in tidal current velocities in salt marsh creeks are controlled by the local tidal wave characteristics and the bed slope and elevation of the salt marshes and creeks. Likewise, the tidal currents modify the geomorphology of the salt marsh-tidal creek systems by transporting sediments and causing erosion/deposition. Storm events, which appear to have cyclical changes in their intensity relating to sunspot activities, can affect the geomorphic evolution of such systems. Further, in response to accelerated sea-level rise, accretional rates on salt marshes may increase. The tidal creeks have the function of transporting water and sediment onto the salt marsh surface; further, the energy of tidal currents and waves are dissipated within the salt marsh-tidal creek system. Hence, this coastal system has a potential value for coastal protection.

Characteristics of near surface crustal deformation associated with shield seismicity

The purpose of the present study is to understand the surface deformation associated with the Killari and Wadakkancheri earthquake and to examine if there are any evidence of occurrence of paleo-earthquakes in this region or its vicinity. The present study is an attempt to characterize active tectonic structures from two areas within penisular India: the sites of 1993 Killari (Latur) (Mb 6.3) and 1994 Wadakkancheri (M 4.3) earthquakes in the Precambrian shield. The main objectives of the study are to isolate structures related to active tectonism, constraint the style of near – surface deformation and identify previous events by interpreting the deformational features. The study indicates the existence of a NW-SE trending pre-existing fault, passing through the epicentral area of the 1993 Killari earthquake. It presents the salient features obtained during the field investigations in and around the rupture zone. Details of mapping of the scrap, trenching, and shallow drilling are discussed here. It presents the geologic and tectonic settings of the Wadakkancheri area and the local seismicity; interpretation of remote sensing data and a detailed geomorphic analysis. Quantitative geomorphic analysis around the epicenter of the Wadakkancheri earthquake indicates suitable neotectonic rejuvenation. Evaluation of remote sensing data shows distinct linear features including the presence of potentially active WNW-ESE trending fault within the Precambrian shear zone. The study concludes that the earthquakes in the shield area are mostly associated with discrete faults that are developed in association with the preexisting shear zones or structurally weak zones

Multiscale Analysis of Topographic Surface Roughness in the Midland Valley, Scotland

Surface roughness is an important geomorphological variable which has been used in the Earth and planetary sciences to infer material properties, current/past processes, and the time elapsed since formation. No single definition exists; however, within the context of geomorphometry, we use surface roughness as an expression of the variability of a topographic surface at a given scale, where the scale of analysis is determined by the size of the landforms or geomorphic features of interest. Six techniques for the calculation of surface roughness were selected for an assessment of the parameter`s behavior at different spatial scales and data-set resolutions. Area ratio operated independently of scale, providing consistent results across spatial resolutions. Vector dispersion produced results with increasing roughness and homogenization of terrain at coarser resolutions and larger window sizes. Standard deviation of residual topography highlighted local features and did not detect regional relief. Standard deviation of elevation correctly identified breaks of slope and was good at detecting regional relief. Standard deviation of slope (SD(slope)) also correctly identified smooth sloping areas and breaks of slope, providing the best results for geomorphological analysis. Standard deviation of profile curvature identified the breaks of slope, although not as strongly as SD(slope), and it is sensitive to noise and spurious data. In general, SD(slope) offered good performance at a variety of scales, while the simplicity of calculation is perhaps its single greatest benefit.

Catastrophic Flooding In North-Central Pennsylvania: Geomorphic Findings From The September 2011 Event And Their Significance To

Tropical Storm Lee produced 25-36 cm of rainfall in north-central Pennsylvania on September 4th through 8th of 2011. Loyalsock Creek, Muncy Creek, and Fishing Creek experienced catastrophic flooding resulting in new channel formation, bank erosion, scour of chutes, deposition/reworking of point bars and chute bars, and reactivation of the floodplain. This study was created to investigate aspects of both geomorphology and sedimentology by studying the well-exposed gravel deposits left by the flood, before these features are removed by humans or covered by vegetation. By recording the composition of gravel bars in the study area and creating lithofacies models, it is possible to understand the 2011 flooding. Surficial clasts on gravel bars are imbricated, but the lack of imbrication and high matrix content of sediments at depth suggests that surface imbrication of the largest clasts took place during hyperconcentrated flow (40-70% sediment concentration). The imbricated clasts on the surface are the largest observed within the bars. The lithofacies recorded are atypical for mixed-load stream lithofacies and more similar to glacial outburst flood lithofacies. This paper suggests that the accepted lithofacies model for mixed-load streams with gravel bedload may not always be useful for interpreting depositional systems. A flume study, which attempted to duplicate the stratigraphy recorded in the field, was run in order to better understand hyperconcentrated flows in the study area. Results from the study in the Bucknell Geology Flume Laboratory indicate that surficial imbrication is possible in hyperconcentrated conditions. After flooding the flume to entrain large amounts of sand and gravel, deposition of surficially imbricated gravel with massive or upward coarsening sedimentology occurred. Imbrication was not observed at depth. These experimental flume deposits support our interpretation of the lithofacies discovered in the field. The sizes of surficial gravel bar clasts show clear differences between chute and point bars. On point bars, gravels fine with increasing distance from the channel. Fining also occurs at the downstream end of point bars. In chute deposits, dramatic fining occurs down the axis of the chute, and lateral grain sizes are nearly uniform. Measuring the largest grain size of sandstone clasts at 8-11 kilometer intervals on each river reveals anomalies in the downstream fining trends. Gravel inputs from bedrock outcrops, tributaries, and erosion of Pleistocene outwash terraces may explain observed variations in grain size along streams either incised into the Appalachian Plateau or located near the Wisconsinan glacial boundary. Atomic Mass Spectrometry (AMS) radiocarbon dating of sediment from recently scoured features on Muncy Creek and Loyalsock Creek returned respective ages of 500 BP and 2490 BP. These dates suggest that the recurrence interval of the 2011 flooding may be several hundred to several thousand years. This geomorphic interval of recurrence is much longer then the 120 year interval calculated by the USGS using historical stream gauge records.