Aplicação do georradar (GPR) na prospecção eletromagnética de solos : potencialidades e limitações

Abstract

Resumo: Dentre as técnicas adotadas em métodos geofísicos, o Ground Penetrating Radar (GPR), ou Georradar como é comumente conhecido no Brasil, tem sua utilização intensificada recentemente. Muitos são os trabalhos técnicos e científicos que abordam a sua aplicação no reconhecimento da subsuperfície em estudos de investigação nas geociências, porém poucos envolvem exclusivamente a aplicação do Georradar na pedologia. Entende-se que as características morfológicas dos solos e seus atributos físicos em muito influenciam na qualidade das respostas do equipamento e interferem na opção por parâmetros adequados ao objetivo de estudo. Uma relação que deve ser considerada diz respeito à textura do solo e à profundidade de penetração do sinal emitido, sendo que em solos com textura arenosa, apresentando teores de argila abaixo de 15%, tem-se o melhor deslocamento das ondas eletromagnéticas e menor dispersão de energia, ao passo que em solos com texturas médias a argilosas, contendo teores de argila entre 15 e 35%, têm-se como implicação a atenuação do sinal. Portanto, a condutividade elétrica é diretamente proporcional à capacidade de troca catiônica (CTC) e a profundidade de penetração inversamente proporcional à quantidade de argila. Com base no conhecimento dos princípios de funcionamento do Georradar, fez-se o uso do equipamento para o reconhecimento da aplicabilidade de um método geofísico, enquanto técnica de prospecção eletromagnética de solos, a fim de delimitar a geometria de volumes pedológicos em diferentes solos paranaenses. Procurou-se também identificar assinaturas específicas considerando a heterogeneidade dos atributos físicos do solo, enquanto influência no comportamento das ondas eletromagnéticas em subsuperfície. Verificou-se que o teor de argila condicionou diretamente os valores das constantes dielétricas (k) encontradas, calculadas em função da determinação da velocidade média de propagação das ondas eletromagnéticas para as três classes de solos em estudo, refletindo a natureza do material em subsuperfície. 1) Espodossolo: k=5,1, coerente com valores definidos para solos arenosos e secos (k entre 4 e 6); 2) Cambissolo: k=17,5, concordando com valores identificados para solos argilosos e saturados (k entre 10 e 20); 3) Argissolo: k=11, concordante com valores para solos muito argilosos e saturados (k entre 10 e 15). A constante dielétrica encontrada para o Cambissolo supera o valor encontrado para o Argissolo e tais valores podem estar associados às diferenças entre as atividades coloidais destes tipos de solos. Para os Cambissolos, caracterizados como solos pouco desenvolvidos e intemperizados, predominam os argilominerais com retículo 2:1, portanto apresentam argila de atividade alta (Ta), enquanto que os Argissolos apresentam argila de atividade baixa (Tb) já que possuem argilominerais com retículo 1:1. Concluiu-se que a integração das técnicas geofísica (Georradar) e convencional para a prospecção de solos se mostrou eficiente para o melhor reconhecimento e determinação das geometrias dos volumes pedológicos, mas há ressalvas. De modo geral, permitiu a identificação das continuidades laterais dos horizontes pedológicos e a eliminação da inferência na delimitação de seus limites. No entanto, para solos em que há predomínio de argila e não há significativa mudança textural entre seus horizontes, o método Georradar não deve ser empregado como a principal ferramenta para o reconhecimento dos volumes pedológicos.

Abstract: Among the techniques adopted in geophysical methods, Ground Penetrating Radar (GPR ) or "Georradar" as it is commonly known in Brazil , its use has intensified recently .There are many technical and scientific papers which discuss its application in the recognition of subsurface in geosciences researches, but few exclusively involve the application of GPR in Pedology. It is understood that the soils' morphological characteristics and their physical attributes influence a lot in the quality of the responses of the equipment and interfere in the choice of appropriate parameters to the purpose of study. A relation that should be considered relates to the soil texture and penetration depth of the emitted signal, once in sandy texture soils, with clay content below 15%, it has the best shift of the electromagnetic waves and smaller energy dispersion, whereas in soils with medium to clayey textures, containing clay content between 15 and 35%, have implications as signal attenuation. Therefore, the electrical conductivity is directly proportional to the cation exchange capacity (CEC) and the penetration depth inversely proportional to the amount of clay. Based on knowledge of the operation's principles of GPR, the equipment was used for the recognition of the applicability of a geophysical method, as soil electromagnetic prospecting technique, in order to delimitate the geometry of pedological volumes in different Paraná soils. It was also sought to identify specific signatures considering the heterogeneity of soil physical properties, while it influences on the behavior of electromagnetic waves in the subsurface. It was ascertained that the clay content directly conditioned the values of the found dielectric constants (k), calculated on the basis of the determination of the average speed of electromagnetic waves propagation for the three studied soil types, reflecting the nature of the subsurface material. 1) Spodosol: k=5.1, consistent with defined values for sandy and dry soils (k between 4 and 6) 2); Inceptisols: k=17.5, agreeing with identified values for saturated clay soils (k between 10 and 20); 3) Ultisols k=11, in agreement with saturates clayey soils values (k between 10 and 15). The dielectric constant found for Inceptsol exceeds the Ultisol value and such values may be associated to the differences between the colloidal activities of these kinds of soils. To Inceptsols, characterized as underdeveloped and weathered soils, predominated the clay minerals with 2:1 lattice, therefore they show high clay activity, while Ultisols have low clay activity since they possesses clay minerals with 1:1 lattice. It was concluded that the integration of geophysical techniques (GPR) and conventional for the soil prospection, it has proved efficient for better recognition and determination of the pedological volumes geometry, but there are caveats. Generally it was allowed the identification of lateral continuity of the pedological horizons and the elimination of inference in the delimitation of their boundaries. However, for soils in which there is clay predominance and there is no significant textural change among its horizons, the GPR method should not be used as the main tool for the pedological volumes recognition.