From barchan to domic shape: evolution of a coastal sand dune in northeastern Brazil based on GPR survey

Abstract

A sand dune located near São Bento do Norte and Caiçara do Norte towns (northern coastal region of Rio Grande do Norte state, Northeastern Brazil) is rapidly migrating toward urban areas. To understand the depositional processes (evolution of the dune), a Ground Penetrating Radar (GPR) survey was carried out. The survey is composed by sixteen profiles in E-W direction, which is parallel to the dominant wind direction, and five profiles in N-S direction. In both directions, it was used antennas of 200 MHz and 80 MHz. Additionally, a topographic survey, excavations of two trenches, and grain size analysis were also carried out. The GPR imaged the internal sedimentary structures of the coastal deposits so that it was possible to reconstruct the depositional history of the area. Initially, marine sediments were deposited during the final period of a marine regression of Holocene age. After the exposure of the area, a first phase of aeolian deposition occurred over the marine sediments. Later, a depositional hiatus took place, probably associated with partial erosion of the dune. Finally, a second phase of aeolian deposition occurred, covering all previous strata. Based on the geometry of foresets and bounding surfaces, it was interpreted that, in the second phase of aeolian deposition, the dune changed its morphology from barchan to dome. The morphology change appears to have occurred when the migration front of the dune faced the obstacle constituted by a ramp along in the depositional surface dipping against the wind direction. According to the similarities of the foreset dips in the first and second phases of aeolian deposition, the prevailing dominant winds were very similar to present day dominant winds. So, it is likely that the rapidly migration process of the dune toward urban areas is an entirely natural process.

Translated abstract

Uma duna localizada próxima às cidades de São Bento do Norte e Caiçara do Norte (litoral nordeste do Rio Grande do Norte, nordeste brasileiro) está migrando rapidamente sobre áreas urbanas. Para entender o processo deposicional (evolução da duna), um levantamento com Radar Penetrante no Solo (GPR) foi realizado. O levantamento é composto por dezesseis perfis na direção E-W, paralelos à direção dos ventos dominantes, e cinco perfis na direção N-S (utilizando antenas de 200 MHz e 80 MHz). Adicionalmente, foram efetuados escavações de duas trincheiras, um levantamento topográfico e análises granulométricas. O GPR imageou as estruturas sedimentares dos depósitos costeiros de modo que foi possível reconstruir a história deposicional da área. Inicialmente, sedimentos marinhos foram depositados durante o período final de uma regressão marinha ocorrida no Holoceno. Após a exposição da área, uma primeira fase de deposição eólica ocorreu sobre os sedimentos marinhos. Mais tarde, ocorreu um hiato deposicional, provavelmente associado com a erosão parcial da duna. Finalmente, ocorreu uma segunda fase de deposição eólica, cobrindo todos os estratos anteriores. Com base na geometria dos foresets e nas superfícies limitantes, foi interpretado que, dentro da segunda fase de deposição eólica, a duna mudou sua morfologia de barcana para dômica. A mudança na morfologia parece ter ocorrido quando a frente de migração da duna encontrou um obstáculo constituído por uma rampa ao longo da superfície deposicional. Devido às semelhanças entre os mergulhos dos foresets dentro da primeira e da segunda fase de deposição eólica, os antigos ventos dominantes foram muito similares aos atuais. Portanto, é provável que o rápido processo de migração da duna em direção a áreas urbanas seja um processo totalmente natural.