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A DIVERSIDADE DA GEOGRAFIA BRASILEIRA: ESCALAS E DIMENSÕES DA ANÁLISE E DA AÇÃO
DE 9 A 12 DE OUTUBRO
GEOPROCESSAMENTO APLICADO À CARACTERIZAÇÃO DAS
VERTENTES COM BASE NAS PROPRIEDADES TOPOGRÁFICAS DE
DECLIVIDADE E COMPRIMENTO DAS RAMPAS: DISTRITO DE JORDÃO,
SOBRAL, BRASIL
ARYBERG DE SOUZA DUARTE1
FREDERICO DE HOLANDA BASTOS2
EDMUNDO RODRIGUEZ DE BRITO3
Resumo: A caracterização topográfica aplica-se há várias áreas das ciências exatas da terra e
consequentemente aos estudos geomorfológicos, visto que a topografia imprime relação direta aos
processos morfodinâmicos, de tal forma a influenciar na velocidade e quantidade do material
mobilizado, bem como na quantidade de energia existente nos processos. O viés do pertinente
trabalho é proporcionar diferenciações das vertentes da porção sul da Serra da Meruoca, com base
nas características topográficas de declividade e comprimento das rampas. Como resultado, as
maiores concentrações de declividades acentuadas associadas a longas rampas encontrasse
alocadas na vertente do boqueirão, na porção norte da área de estudo, e também nas vertentes
sudoeste e sul. Essas características são limitantes ao acumulo de mantos de intemperismo, de tal
forma a dificultar o desenvolvimento pedogenético, condicionando solos mais rasos e pedregosos.
Palavras-chave: fator topográfico; variáveis morfométricas; geomorfologia; paisagem.
Abstract: The topographic characterization applies for several areas of the earth sciences and
consequently the geomorphology studies, since the topography prints directly related to
morphodynamic processes, such as to influence the speed and amount of the mobilized material as
well as the amount of energy in existing processes. The bias of the relevant work is to provide
differentiation of the slopes of the southern portion of the Meruoca massif, based on topographic
features of steepness and length of the ramps. As a result, the highest steep slopes concentrations
associated with long ramps found allocated in Boqueirão shed, in the northern portion of the study
area, and also in the southwest and south sides. These characteristics are limiting the accumulation of
sheets of weathering, so hindering the pedogenetic development, conditioning more shallow and stony
soils modeling.
Key-words: topographical factor; morphometric variables; geomorphology; landscape.
1 – Introdução
A mensuração das características do relevo é o objeto de estudo da
morfometria, área do conhecimento voltada para a quantificação das características
superficiais de um terreno. Tal área é parte dos estudos geomorfológicos com o viés
1
- Acadêmico do programa de pós-graduação em Geografia da Universidade Estadual do Ceará. E-mail de
contato: [email protected]
2
- Docente do programa de pós-graduação da Universidade Estadual do Ceará. E-mail de contato:
[email protected]
3
- Acadêmico do programa de pós-graduação em Geografia da Universidade Estadual do Ceará. E-mail de
contato: [email protected]
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de estudar as características mensuráveis e comparáveis em unidades métricas,
angulares
ou
em
graus
em
relação
ao
norte.
Como
exemplos
temos
respectivamente a altimetria ou o comprimento de uma rampa, a declividade de um
terreno ou o grau de variação da declividade, que por sua vez corresponde as
curvaturas do terreno, e ainda a orientação de uma vertente em relação ao norte
(FLORENZANO, 2008).
Tal mensuração possibilita a construção de informações importantes para
várias áreas do conhecimento, como por exemplo, nos estudos voltados para o
planejamento ambiental e territorial, no reconhecimento das potencialidades ou
limitações ambientais, nos estudos voltados para elaboração de dados que subsidie
as práticas das engenharias correlacionadas a infraestrutura.
Por sua vez, nos estudos geomorfológicos essas variáveis contribuem como
subsídio para a diferenciação de feições, vertentes, depressões, planícies, planaltos
e demais formas de relevo. Já nos estudos da morfodinâmica essas variáveis
entram como base para compreender a origem dos processos, bem como a
integração dos demais componentes da paisagem com o relevo.
As contribuições do geógrafo francês Jean Tricart (1977) aos estudos da
morfodinâmica estão imbricadas na compreensão dos diferentes estados de
equilíbrio no balanço morfogenético. O autor propõe uma classificação dos
ambientes baseado na relação entre os processos pedogênicos com os
morfodinâmicos, essa relação pode ser classificada conforme o estado em que os
processos morfodinâmicos e pedogênicos se contrapõem. A partir dessa relação, os
ambientes podem ser classificados como meios estáveis, quando os processos
pedogênicos se sobressaem aos morfodinâmicos, meios instáveis, quando os
processos morfodinâmicos se sobressaem aos pedogênicos, e meios de transição
ou intergrades, quando há equilíbrio entre a pedogênese e a morfodinâmica.
Por sua vez, os processos morfodinâmicos em vertentes íngremes estão
diretamente correlacionadas com as características topográficas do modelado, por
isso tais estudos possuem relevância para a caracterização e compreensão das
paisagens instáveis que ficam alocadas em vertentes.
Tal relevância se intensifica quando os processos morfodinâmicos são
correlacionados com as formas de uso e ocupação do solo. Para Ross (2009) ao
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apropriar-se das paisagens naturais, as práticas sociais alteram as intensidades dos
fluxos energéticos, condicionando mudanças em um ritmo muito mais intenso do que
aquele normalmente produzido. Bem como o fato que os ambientes possuem
fragilidades naturais perante determinadas intervenções, (ROSS, op. cit).
O desrespeito das propriedades naturais das paisagens, através da
inadequação das técnicas de exploração dos recursos naturais, e da ocupação e
utilização incompatível dos espaços, faz-se gerar níveis desastrosos de degradação
ambiental, que por sua vez, leva a exaustão das propriedades naturais que outrora
justificavam a exploração destas áreas, (SOBRINHO e FALCÃO, 2006).
Lepsch (2010) aponta que os processos de mobilização de material superficial
dos solos, bem como os processos de erosão mais expressivos, possuem relação
com as características topográficas, por tanto, a mensuração de tais características
é fundamental nos estudos dos processos de mobilização de material em encostas.
Goudie, (1995) apud Guerra e Marçal (2006), descreve que o volume total de
erosão que ocorre numa encosta é o resultado de processos geomorfológicos que
incluem a ação das gotas de chuva e o escoamento superficial difuso e o
escoamento superficial acumulado, que, por sua vez, dependem de uma série de
fatores, que podem ser equacionadas através da Equação Universal de Perda de
Solos (A=R*K*LS*C*P), que englobam a erosividade das chuvas (R), a erodibilidade
dos solos (K), as características das rampas (LS), o manejo do solo (C), e o estado
da cobertura vegetal e conservação do solo (P).
Guerra e Marçal, op. cit, apontam que as taxas de erosão estão
intrinsecamente relacionadas com as características das rampas (Fator topográfico
ou Fator LS). Isso é facilmente observado se levarmos em conta que, na medida em
que as rampas se tornam mais longas, maior é o volume de água que se acumula
durante o escoamento superficial (run off) e, consequentemente, há um acúmulo de
energia cinética na medida que o fluxo se acumula ao longo das rampas, tal
acúmulo de energia e de fluxo de água também tem relação com o aumento do
gradiente de declividade, e por fim, tais processos têm como base a força da
gravidade.
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A área de estudo, do presente trabalho, compreende as vertentes da porção
sul da Serra da Meruoca e está alocada no município de Sobral, mais precisamente
no distrito de Jordão.
O presente trabalho propõe estimar o Fator LS (Fator Topográfico) da
Equação Universal de Perda de Solo – EUPS, através das técnicas de
geoprocessamento e álgebra de mapas, como subsídios para estudos de
diferenciação das vertentes, bem como na inventariação das porções das vertentes
mais propensas, topograficamente, a ter solos mais rasos.
2 – Desenvolvimento
2.1 – Área de Estudo
Encontra-se entre as coordenadas 9.598.009 e 9.586.169 de latitude, e entre
as coordenadas 326.129 e 344.116 de longitude, sob o Datum SIRGAS 2000 Zona
24M.
Conforme Lima (1999), a Serra da Meruoca se trata de um maciço residual
granitoide que apresenta um relevo movimentado, marcado por processos de
morfogênese mecânica. Sua elevação máxima é próxima de 920m, e em relação ao
seu pediplano circunjacente ocorre um desnível altimétrico de 700-800m. A formação
do relevo local está imbricada a eventos ligados a tectônica ruptural, que
conseguintemente condicionou a ocorrência de falhas e zonas de cisalhamento, de
tal forma a se apresentar como um maciço cristalino granítico que se destaca ao
longo de superfícies erosivas sertanejas.
Porém, devido à altimetria da serra da Meruoca, sua pluviometria média anual
é superior a 1.000mm, que consequentemente proporciona meios para o
desenvolvimento de uma vegetação plúvio-nebular nas vertentes de barlavento e no
platô, já nas vertentes de sotavento e em parte do platô a vegetação é composta por
caatinga arbórea e arbustiva espaça, tal vegetação tem pouca capacidade de
amortecer os efeitos das chuvas torrenciais, a Figura 1 apresenta a localização da
área de estudo.
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Figura 1. Localização da área de estudo. Fonte: Autores, com base nos dados vetoriais da Malhas
Digitais – Municípios 2010, IBGE, 2011; OpenStreetMap.
2.2 – Referencial Teórico
Estimar o fator topográfico exige um debruçar-se sobre a literatura pertinente,
pois os métodos e técnicas se divergem tanto nas variáveis consideradas como nos
recursos tecnológicos empregados, de tal forma a proporcionar uma diversidade de
resultados. Barrios e Alex (2000), descreve que durante os anos 90 diversos autores
trabalharam com a utilização de Modelos Digitais de Elevação (MDE) em aplicações
SIGs (Sistemas de Informação Geográfica), com o intuito estimarem o Fator LS
(Fator Topográfico) a partir de diferentes algoritmos com o viés de proporcionar
resultados mais próximos do mundo real.
Conforme Barrios e Alex op. cit, o Fator LS é um produto dos subfatores “L”
(comprimento da rampa) e “S” (declividade do terreno).
Conforme Florenzano (2008), a declividade do terreno é obtida através do
ângulo de inclinação da superfície local em relação ao plano horizontal, ou seja, o
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ângulo que se forma na diferença de altura entre dois pontos e a distância horizontal
entre esses pontos, tal variável é expressa em graus ou em percentual. As
declividades mais baixas corroboram com o tempo de permanência da água sobre o
solo, o que favorece a infiltração, já as declividades mais elevadas favorecem o
escoamento superficial em maiores velocidades reduzindo a infiltração.
Por sua vez, o comprimento das rampas condiciona o grau de confluência do
fluxo hidrológico acumulado, ao longo da trajetória percorrida vertente abaixo,
consequentemente a capacidade de remoção de partículas do solo, pelo
escoamento superficial, está diretamente ligado ao comprimento das rampas,
(FLORENZANO, op. cit).
Entre essas duas variáveis, o comprimento da rampa é o de obtenção mais
complexa, por se tratar de uma variável que depende da interpretação conceitual.
Conforme Smulyan (2010) diversos autores trabalharam com métodos e técnicas
distintas para estimar esse subfator em ambiente SIG. Contudo, atualmente há
aceitação das metodologias que estimam o comprimento das rampas com base no
fluxo hidrológico superficial acumulado, diante do fato que se concebe que a rampa
é passível de mensuração a partir do ponto de início do escoamento superficial até o
ponto de deposição, (FLORENZANO, 2008; MITASOVA, 1999; SIMMS, 2003;
SMULYAN, 2010).
Conforme Mitasova et al (1999) o referido conceito foi elaborado mediante à
ensaios e experimentos realizados em parcelas de 72,6 pés, ou seja, 22,13m de
comprimento e sob declividades de 9%, ou seja, de 5,16°. Esse método define o
efeito do ângulo e comprimento do declive aos processos de transporte de material
superficial.
Mitasova et al (op. cit) apresenta um formula na qual tem como variáveis
inicias o fluxo hidrológico superficial acumulado e a declividade do terreno. A referida
formula é descrita abaixo.
LS(r) = (m+1) [A(r)/a0]m [sin b(r)/b0]n
(r) – resolução espacial do raster;
A – fluxo hidrológico superficial acumulado;
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a0 – comprimento da parcela experimental;
m – potência correspondente à intensidade das precipitações;
n – potência correspondente ao estado de cobertura vegetal do solo;
b – declividade;
b0 – declividade da parcela experimental;
A potência m é referente à intensidade das precipitações. Conforme Mitasova
et al (op. cit), os experimentos apontaram um intervalo de valores que variam entre
0,4 a 0,6. Já a potência n é referente a cobertura vegetal da área, seu intervalo está
entre 1,0 a 1,4.
Tais limiares são de ordem empírica, dando ao modelo uma flexibilidade
espacial, e uma possiblidade e calibração local, Mitasova et al (op. cit) salienta que
os valores mais altos devem ser utilizados em áreas onde os fluxos são turbulentos
e concentrados, como por exemplo, em áreas desprovidas de cobertura vegetal ou
áreas de vegetação espaçada, já os valores mais baixos devem ser utilizados em
áreas com fluxos geralmente dispersos e com a presença amenizadora da cobertura
vegetal.
3 – Metodologias
Neste trabalho adotou-se o conceito apontado Mitasova et al (1999), testada
por Simms et al. (2003) e Smulyan (2010), bem como a mesma fórmula utilizada em
seus trabalhos, que interpreta o subfator “L” como a distância da fonte de
escoamento até o ponto onde inicia a deposição, ou mesmo quando o escoamento
se torna centrado em um canal definido.
Simms et al. (2003), aplicou a referida metodologia em ambiente SIG, no qual
usou a seguinte formula LS=(λ/22.13)0.6 (sin θ/0.0896)1.3, onde λ é a projeção
horizontal do comprimento da rampa, se utilizou fluxo acumulado do terreno, θ é a
declividade do terreno, já as potências 0.6 e 1.3 são adotadas devido as condições
da sua área de estudo, por fim, os valores 22.13 e 0.0896 são pertinentes as
características das parcelas experimentais de referência, onde correspondem
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respectivamente ao comprimento da parcela 22.13m e a declividade média da
parcela 9%.
Neste trabalho adotou-se a mesma metodologia de Simms et al. (2003) e a
utilização do SIG ArcGIS, por sua vez os dados matriciais pertinentes a elevação do
terreno foram adquiridos no site <http://earthexplorer.usgs.gov/> administrado pelo
USGS (U.S. Geological Survey), Serviço Geológico Americano. Os referidos dados
são imagens provenientes de sensoriamento remoto do projeto SRTM (Shuttle
Radar Topography Mission) com resolução espacial de 30m.
De posse dos referidos dados, inicialmente foi realizado um recorte espacial
do Modelo Número de Elevação (MNE) a partir da delimitação da área de estudo,
posteriormente foi realizado os procedimentos de pré-processamento do MNE
através processos de Project e Fill. Em seguida obteve-se o fluxo acumulado da
área de estudo, utilizou-se o método para a extração do fluxo acumulado D8,
conforme a proposta de O’Callaghan e Mark (1984) apud Santos Júnior (2009).
Conforme a proposta utilizada, a modelagem do fluxo acumulado é obtida a
partir da direção de fluxo, o qual atribui o sentido do escoamento de um pixel para
um de seus oito vizinhos com base na diferença de cota ponderada pela distância
entre eles. Seguindo as direções de fluxo, obtém-se a quantidade de células a
montante que drenam para cada uma das células a jusante, determinando o fluxo
acumulado de drenagem. A Figura 2 representa a obtenção do Fluxo Acumulado a
partir da Direção do Fluxo.
a) – Direção do Fluxo
b) – Direção do Fluxo
c) – Fluxo Acumulado
Figura 2: Representação da obtenção do Fluxo Acumulado a partir da Direção do Fluxo, pelo método
D8: a) é uma representação da direção do fluxo em modelo numérico; b) é representação gráfica da
direção do fluxo; c) é uma representação fluxo acumulado em modelo numérico e gráfico. (Fonte:
modificado de ESRI).
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Posteriormente a etapa citada acima, através do MNE, obteve-se a
declividade da área de estudo. De posse dos rasters de fluxo acumulado e
declividade, fez-se a álgebra de mapas através da ferramenta Raster Calculator,
conforme a expressão e a sintaxe descrita por Simms et al. (2003) e Smulyan
(2010): <Pow ([flow accumulation] * cell size / 22.13, 0.6) * Pow (Sin ([Slope of
DEM]) / 0.0896, 1.3)>. Levando em consideração as potências de m=0.6 e n=1.3
mediante as características climáticas e botânicas anunciadas sobre a área de
estudo.
4 – Resultados
A anunciada modelagem cominou num produto raster pertinente a correlação
das referidas características topográficas com os processos morfodinâmicos de
mobilização do material superficial dos solos, tal produto corroborou com a
caracterização e a diferenciação das vertentes, com base no nível de propensão
topográfica aos processos erosivos.
Após a análise geoestatistica dos quartis, média e desvio padrão, foi
elaborado um mapa qualitativo do Fator Topográfico, tal mapa consiste na divisão
por classes de frequência com base nos intervalos de valores que melhor
expressavam as diferenciações das vertentes, ou seja, os dados qualitativos são
pertinentes a análise e a comparação entre as diferentes áreas do modelado com o
seu todo.
As classes criadas foram seis, variando entre mínimo (menores valores de
declividades associadas ao comprimento das rampas) e máximo (maiores valores de
declividades associadas às longas rampas), entre essas classes encontram-se
baixo, moderadamente baixo, moderado, alto.
Como resultado, as maiores concentrações de declividades acentuadas
associadas a longas rampas, na ordem máxima de 550m, encontram-se alocadas na
vertente do boqueirão, mais precisamente na porção norte da área de estudo, e
também nas vertentes sudoeste e sul. Essas características são limitantes ao
acumulo de mantos de intemperismo, de tal forma a dificultar o desenvolvimento
pedogenético, condicionando solos mais rasos e pedregosos.
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A Figura 3 apresenta o Mapa das Vertentes Topograficamente Propensas à
Erosão.
Figura 3: Mapa das Vertentes Topograficamente Propensas à Erosão. Fonte: Autores.
5 – Conclusões
Nos estudos dos processos de mobilização de material em encostas é
necessário compreender que as condições de preservação e conservação da
cobertura vegetal e a exploração racional e planejada dos recursos naturais são
fatores preponderantes para amenizar os processos erosivos.
Porém
as
características topográficas expressão um relevante controle na velocidade e no
acumulo e energia nos processos.
É muito importante a compreensão das características naturais do meio físico,
pois, através delas torna-se possível relacionar os processos morfodinâmicos com
as vocações ambientais das paisagens alocadas em vertentes. Tais encostas devem
ser analisadas com cuidado, pois a mobilização de grandes quantidades de material,
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nestas áreas, pode condicionar o empobrecimento dos solos em níveis intensos, o
aumento da ocorrência dos afloramentos rochosos, diferentes tipos de movimento
de massa, assoreamento das calhas fluviais, bem como outras modificações
negativas na paisagem.
A modelagem se apresentou adequada com bons resultados, diante da
dimensão do trabalho, mesmo com a resolução espacial dos produtos SRTM (30
metros). Os anunciados resultados apontam para as áreas que a topografia
expressa maior impacto do fluxo acumulado ao aumento do poder de mobilização do
material, limitação ao desenvolvimento de solos mais profundos e com granulometria
menor, por tanto, trabalhos futuros serão realizados no campo para comparar,
validar e testar a modelagem.
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