Landscape analysis of the Central Amazon with the use of digital elevation model and fractal geometry

A região central da Amazônia encontra-se no interior da maior bacia de drenagem do planeta. Nas bacias dos rios Uatumã e Urubu, localizadas nesta região, o relevo apresenta drenagens com longos trechos retilíneos, inflexões abruptas, mudanças de curso evidenciadas por meandros abandonados, assimetrias de bacias, além de variações suavesdos padrões de dissecção e rugosidade, que são feições morfológicas sugestivas da ação de atividade tectônica moderna no seu modelado. Geologicamente, a área de estudo é coberta por sedimentos terciários seccionados por falhas normais e juntas. De modo a se identificar a influência de estruturas geológicas em superfície e subsuperfície sobre o relevo, aplicou-se no modelo digital de elevação da SRTM técnicas geomorfométricas que foram separadas em dois grupos: 1) assimetria de bacia, isobase e sinuosidade de canais usadas para revelar a gênesede formas do relevo, e 2) rugosidade (geometria fractal), densidade da rede drenagem e semivariograma utilizadas para verificar a distribuição espacial da rugosidade, dissecção e elevação. Além disso, as tendências direcionais do relevo também foram examinadas pela anisotropia da elevação (semivariograma), rugosidade (geometria fractal de autoafinidade) e densidade da rede de drenagem (geometria fractal de autosimilaridade). Os resultados do primeiro grupo permitiram delinear 9 domínios geomorfológicos que mostram rumos preferenciais de migração e, possivelmente, relação com basculamento de blocos. A comparação dos limites desses domínios com dadosgeológicos e geofísicos sugere que esses limites provavelmente se relacionam com falhas em subsuperfície, as quais teriam controlado a geração de falhas mais novas e o modelado do relevo da região. Tal fato é corroborado pela correspondência entre falhas em subsuperfície e superfície com os limites e as formas dos domínios, a mudança de sinuosidade de rios ao cruzar os limites e a relação da região com alta concentração de atividade sísmica ao longo de um dos limites. Outros dados geomorfológicos também apontam o controle estrutural do relevo. É o caso da relaçãoentre a orientação e aproximação das linhas no mapa de isobase com as falhas normais de alto ângulo mapeadas nas várzeas dos principais rios. Para o grupo 2, os resultados mostram a coincidência espacial entre domínios, definidos pela análise da rugosidade (dimensão fractal) e da elevação (semivariograma), e estruturas geológicas em subsuperfície. Este é o caso da área de Silves, onde a topografia colinosa apresenta diversos rios anelares e radiais, denotando condicionamento por falhas e dobras mapeadas por levantamentos sísmicos. Outro exemplo de tal influência é a associação de altos magnéticos com baixos padrões de dissecção mapeados pela análise da densidade da rede de drenagem. Além da distribuição espacial, as tendências direcionais dessas variáveis geomorfométricas foram analisadas e comparadas entre si e também com informações geológicas. Os resultados indicam que as direções predominantes para o maior eixo da anisotropia de elevação são NNE-SSW e NE-SW para as regiões de interflúvio, além de NW-SE para as planícies aluvionares. A direção de maior aglomeração da rede de drenagem, mostrada por sua anisotropia, coincide com atual campo de esforços da região investigada, exceto nas planícies de inundação. A direção com maior rugosidade, NNE-SSW, está presente na região de Presidente Figueiredo e é coincidente com a direção de cachoeiras e corredeiras.The central region of the Amazon is located within the largest drainage basin in the world. In the basins of the Uatumã and Urubu rivers in this region, the landscape have drainages with long straight stretches, abrupt inflections, course changes evidenced by abandoned meanders, and basin asymmetries, and smooth variations of the landscape dissection and roughness patterns, which are morphological features suggestive of the action of modern tectonic activity. Geologically, the study area is covered by Tertiary sediments that are cut by normal faults and joints. To identify the influence of surface and subsurface geological structures on relief, we applied geomorphometric techniques on the digital elevation model from SRTM. These techniques have been separated into two groups: 1) basin asymmetry, isobase and river sinuosity were used for reveal the genesis of relief forms, and 2) fractal geometry, drainage density and semivariogram were used to verify the spatial distribution of the roughness, dissection and elevation. Furthermore, the trend-surfaces were also observed by elevation (semivariograma), roughness (self-affine fractal geometry) and drainage density anisotropy (self-similarity fractal geometry). The results of the first group permited the delineation of nine geomorphological domains that exhibit preferential migration paths and a potential relationship to block tilting. The comparison of the boundaries of these domains with geological and geophysical data suggests that these boundaries are likely related to subsurface faults that would have controlled the generation of younger faults and the relief modelling of the region. This interpretation is confirmed by the correspondence between subsurface and surface faults and the boundaries and shapes of the domains, the change in the sinuosity of rivers when crossing boundaries, and the effects of a high concentration of seismic activity along one of the limits on the region. Other geomorphological data also indicate structural control of the relief. There is a relationship between the orientation and approximation of the isobase map lines and the high-angle normal faults mapped in the floodplains of the main rivers. For the second group of variables, the results reveal the spatial coincidence between domains, defined by the analysis of roughness (fractal dimension) and elevation (semivariogram), and subsurface geological structures. This is the case in the area of Silves, where the undulating relief exhibits drainage with annular and radial patterns, coinciding with faults and folds previously mapped by seismic surveys. Another example of such influence is the combination of high magnetic with low dissection pattern mapped by drainage density. In addition to the spatial distribution, trends of these geomorphometric variables were compared among themselves and also with geological information. The results indicate that the predominant directions of the major anisotropy axis is NNE-SSW and NE-SW for the interfluve regions, and NW-SE to the alluvial plains. The direction of higher clustering of the drainage network, shown by its anisotropy, coincides with the modern stress field in the region investigated, except in flood plains. The direction with higher roughness, NNE-SSW, is present in the region of Presidente Figueiredo and is coincident with the direction of waterfalls and rapids