Seabed acoustic classification in the Pelotas basin, Brazil

Costa, Paloma Lumi; Madureira, Lauro A. Saint Pastous; Pinho, Marcelo Peres de

Abstracts

The present study sought to develop a seabed map of the region of the Pelotas Basin using acoustic methods. A total number of 1,507,823 seabed reflectivity data, collected during six oceanographic surveys, were processed to generate a seabed map. Data processing consisted of the classification of the acoustic parameter BSBS (Bottom Surface Backscattering Strength) obtained with the Scientific Echosounder EK 500 operating at a frequency of 38 kHz. BSBS is expressed in decibels (dB), and corresponds to a logarithm of the ratio between incident acoustic energy and the energy reflected by the seabed. Four BSBS value classes, associated with different sediment types, were established. High BSBS values are associated with coarse sediments, whereas low values indicate fine sediments. A seabed reflectivity map was generated using the Natural Neighbor method to interpolate the BSBS values organized according to the pre-established classes. Four features with high BSBS values were identified at 100-200 m depth. The largest one was found in the region of Santa Marta Cape and attributed mainly to consolidated seabed and/or the presence of biodetritic material, according to comparison with maps available in the literature. Above 500m depth, there was a predominance of acoustically low reflectivity sea floor, which was attributed to the presence of muddy sediment. Considering the lack of information on the seabed at great depths, the acoustic method was shown to be an alternative tool to obtain data on seabed characteristics in these regions.

Acoustic seabed classification; Pelotas Basin; Marine bottom sediments

O presente estudo teve como objetivo principal a realização de um mapeamento de fundo, através de metodologia acústica, para a região da Bacia de Pelotas. Um total de 1.507.823 dados de refletividade de fundo provenientes de seis Cruzeiros Oceanográficos foi processado para elaboração de um mapa de refletividade de fundo. Esse processamento consistiu numa classificação dos valores do parâmetro acústico BSBS adquirido pela sonda EK 500 a uma frequência de 38 kHz. Este parâmetro é disponibilizado em decibel (dB) e corresponde a uma relação logarítmica entre a energia incidente e a refletida pelo fundo marinho. Foram estabelecidas quatro classes de valores de BSBS as quais são associadas a tipos de sedimentos. Altos valores de BSBS são associados a sedimentos grosseiros enquanto baixos valores de BSBS são associados a sedimentos finos. Um mapa de refletividade de fundo foi gerado utilizando o método de interpolação Natural Neighbour dos valores de BSBS dispostos nas classes pré-estabelecidas. Quatro feições com altos valores de BSBS foram identificadas entre as profundidades de 100 e 200 m, a maior delas na altura do Cabo de Santa Marta e atribuídas principalmente a fundos consolidados e/ou com presença de material biodetrítico quando comparado aos mapas disponíveis na literatura. Acima dos 500 m predominaram fundos com baixa refletividade acústica, atribuídos a presença de sedimento lamoso. Tendo em vista a escassez de informações sobre o leito marinho em grandes profundidades, o método acústico mostrou-se uma ferramenta alternativa para obter informações sobre característica de fundo nestas regiões.

Classificação acústica do fundo marinho; Bacia de Pelotas; Sedimentos do fundo marinho

ANDERSON, J. T.; GREGORY, R. S.; COLLINS, W, T. Acoustic classification of marine habitats in coastal Newfoundland. ICES J. Mar. Sci., v. 59, n. 1, p. 156-167, 2002.
ANDERSON, J. T.; HOLLIDAY, D. V.; KLOSER, R.; REID, D. G.; SIMARD, Y. Acoustic seabed classification: current practice and future directions. ICES J. Mar. Sci., v. 65. 2008.
CASTELLO, J. P, M. HAIMOVICI, C. ODEBRECHT & C. M. VOOREN. Relationships and Function of Coastal and Marine environments: the continental shelf and slope. In: Subtropical Convergence Environments: the Coastal and Sea in the Southwestern Atlantic, (171-178). Seeliger, U.; Oderbrecht, C. & Castello, J.P. (eds) Springer, 1997.
COLLINS, W.; GREGORY, R. S.; ANDERSON, J. T. A Digital Approach to Seabed Classification. Sea Technol., v. 37, n. 8, 1996.
COOKE, C. V.; MADUREIRA, L. S. P.; GRIEP, G. H.; PINHO, M. P. Análise de dados de ecossondagem de fundo oriundos de cruzeiros realizados entre Fortaleza (CE) e Chuí (RS) com enfoque na morfologia e tipos de fundo. Rev. Bras. Geofis., v. 25, 4, p. 443-457, 2007.
CORRÊA, I. C. S; MARTINS, L. R. S.; KETZER, J. M. M.; ELIAS, A. R. D.; MARTINS, R. Evolução sedimentológica e paleogeográfica da plataforma continental sul e sudeste do Brasil. Notas Téc., CECO/UFRGS, v. 9, p. 51-61, 1996.
CPRM - Cia. de Pesquisa de Recursos Minerais. Geologia e Recursos Minerais do Estado de São Paulo: Sistemas de Informações Geográficas (SIG). Programa Geologia do Brasil: Integração, atualização e difusão de dados da Geologia do Brasil. Mapas Geológicos Estaduais escala 1:750000. Brasília, DF: MME, 2008. (CD-ROM).
ELLINGSEN, K .E.; GRAY, J. S.; BJORNBOM, E. Acoustic classification of seabed habitats using QTC VIEW system. ICES J. Mar. Sci., v. 59, n. 5, p: 825-835, 2002.
FIGUEIREDO JR, A. G.; TESSLER, M. G. Topografia e composição do substrato marinho da região Sudeste-Sul do Brasil. São Paulo: Instituto Oceanográfico-USP, 2004. 64 p. (Série Documentos REVIZEE/SCORE SUL, v.1).
FIGUEIREDO JR, A. G.; MADUREIRA, L. S. P. Topografia, composição, refletividade do substrato marinho e identificação de províncias sedimentares na Região Sudeste-Sul do Brasil São Paulo: Instituto Oceanográfico-USP, 2004. 64 p. (Série Documentos REVIZEE/SCORE SUL, v. 1).
FOOTE, K. J. Optimizing copper spheres for precision calibration of hydroacoustic equipament. J. Acoust. Soc. Am., v. 71, p. 742-747, 1982.
FREITAS, R.; SAMPAIO, L.; RODRIGUES, A. M.; QUINTINO, V. Sea-bottom classification across a shallow-water bar channel and near-shore shelf, using single-beam acoustics. Estuar. Coast. Shelf Sci., v. 65, n. 4, p. 625-632, 2005.
FREITAS, R.; SAMPAIO, L.; OLIVEIRA, J.; RODRIGUES, A.M.; QUINTINO, V. Validation of soft bottom benthic habitats identified by single-beam acoustics. Mar. Pollut. Bull., 53(1-4): 72-79, 2006.
GORDON, A. South Atlantic thermohaline ventilation. Deep Sea Res., v. 28A, n. 11, p. 1238-1264, 1981.
HAIMOVICI, M, PEREIRA, S. D. AND VIEIRA, P. C. La pesca demersal en el sur do Brasil en el periodo 1975-1985. Frente Maritimo, 5(A): 151-163, 1989.
HOGARTH, W. T. Keeping our fisheries sustainable. In: BARNES P. W.; TOMAS, J. P. (Ed.). Benthic habitats and the effects fishing Bethesda, Maryland: American Fisheries Society, 2005. (Symposium on effects of fishing activities on benthic habitats, 41, 2005. Proceedings p. 11-17).
KITAHARA, M. V.; HORN FILHO, N. OLMIRO; ABREU, J. G. N. Utilização de registros de corais de profundidade (Cnidaria, Scleractinia) para prever a localização e mapear tipos de substratos na plataforma e talude continental do sul do Brasil. Pap. Avulsos Zool, São Paulo, vol. 48, n.2, 2008,
KLEIN, A. H. F.; GRIEP, G. H.; CALLIARI, J. L.; VILLWOCK, J. A. Ocorrências de concreções fosfáticas no terraço de Rio Grande. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE GEOLOGIA, 37. Camboriú, SC. Resumos Expandidos p. 202-203, 1992.
MACLENNAN, D. N.; SIMMONDS, E. J. Fisheries Acoustics London: Chapman & Hall, 1992. 325 p. (Series 5).
MARTINS, L. R.; URIEN, C. M. Atlas sedimentológico da Plataforma Continental do Rio Grande do Sul. Porto Alegre: CECO/UFRGS, 1977. (Série Mapas).
MARTINS, L. R.; URIEN, C. M. Atlas Sedimentológico da Plataforma Continental do Rio Grande do Sul.Porto Alegre: CECO/UFRGS, 1979. (Série Mapas).
MAZZINI, P. L. F.; SCHETTINI, C. A. F. Avaliação de metodologias de interpolação espacial aplicadas a dados hidrográficos costeiros quase- sinóticos. Braz. J. Aquat. Sci. Technol., v. 13, n. 1, p. 53-64, 2009.
MÖLLER JR, O. O.; PIOLA, A. R.; FREITAS, A. C.; CAMPOS, E. The effects of river discharge and seasonal winds on the shelf off Southeastern South America. Continent. Shelf Res, v. 28, p. 1607-1624, 2008.
ORLOWSKI, A. Application of acoustic methods to correlation of fish density distribution and the type of sea bottom. Proc. IOA, Pt. III, v. 11, p. 179-185, 1989.
PIOLA, A. R.; CAMPOS, E. J. D.; MÖLLER JR., O. O.; CHARO, M.; MARTINEZ, C.M. Subtropical shelf front off eastern South America. J. Geophys. Res., v. 105 (C3), p. 6566-6578, 2000.
ROCHA, J. M.; MILLIMAN, J. D.; SANTANA, C. I.; VICALVI, M. A. Southern Brazil. Upper continental margin sedimentation off Brazil. Contr. Sedimentol., v. 4, p. 117-150, 1975.
SHEPARD, F. P. Nomenclature based on sand-silt-clay ratios. J. Sediment. Petrol., v. 24, v. 3, p. 151-158, 1954.
SILVA C. G.; MELLO. S. L. M. Nossas riquezas no mar: Recursos não-vivos. In: Ministério da Educação, Secretária da Educação Básica. O mar no espaço geográfico brasileiro. Coleção Explorando o Ensino v. 8, Cap. 5, 160-178, 2005.
SIMMONDS, E. J.; MACLENNAN, D. N. Fisheries Acoustics: Theory and practice 2nd ed. London: Blackwell Science, 2005. p. 437.
SOARES, I.; MÖLLER, O. Low-frequency currents and water mass spatial distribution on the Southern Brazilian Shelf. Cont. Shelf Res., v. 21, n. 16-17, p. 1785-1814, 2001.
TEGOWSKI, J. Acoustical classification of bottom sediments in southern Baltic Sea. Quatern. Int., v. 130, p. 153-161, 2005.
WIENBERG, C.; BARTHOLOMA, A. Acoustic seabed classification in a coastal environment (outer Weser Estuary, German Bight)-a new approach to monitor dredging and dredge spoil disposal. Cont. Shelf Res., v. 25, p. 1143-1156, 2005.

Publication Dates

Publication in this collection
17 Apr 2013
Date of issue
Mar 2013

History

Received
14 Apr 2011
Accepted
17 Jan 2013
Reviewed
29 Nov 2012

This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

[1] ANDERSON, J. T.; GREGORY, R. S.; COLLINS, W, T. Acoustic classification of marine habitats in coastal Newfoundland. ICES J. Mar. Sci., v. 59, n. 1, p. 156-167, 2002.

[2] ANDERSON, J. T.; HOLLIDAY, D. V.; KLOSER, R.; REID, D. G.; SIMARD, Y. Acoustic seabed classification: current practice and future directions. ICES J. Mar. Sci., v. 65. 2008.

[3] CASTELLO, J. P, M. HAIMOVICI, C. ODEBRECHT & C. M. VOOREN. Relationships and Function of Coastal and Marine environments: the continental shelf and slope. In: Subtropical Convergence Environments: the Coastal and Sea in the Southwestern Atlantic, (171-178). Seeliger, U.; Oderbrecht, C. & Castello, J.P. (eds) Springer, 1997.

[4] COLLINS, W.; GREGORY, R. S.; ANDERSON, J. T. A Digital Approach to Seabed Classification. Sea Technol., v. 37, n. 8, 1996.

[5] COOKE, C. V.; MADUREIRA, L. S. P.; GRIEP, G. H.; PINHO, M. P. Análise de dados de ecossondagem de fundo oriundos de cruzeiros realizados entre Fortaleza (CE) e Chuí (RS) com enfoque na morfologia e tipos de fundo. Rev. Bras. Geofis., v. 25, 4, p. 443-457, 2007.

[6] CORRÊA, I. C. S; MARTINS, L. R. S.; KETZER, J. M. M.; ELIAS, A. R. D.; MARTINS, R. Evolução sedimentológica e paleogeográfica da plataforma continental sul e sudeste do Brasil. Notas Téc., CECO/UFRGS, v. 9, p. 51-61, 1996.

[7] CPRM - Cia. de Pesquisa de Recursos Minerais. Geologia e Recursos Minerais do Estado de São Paulo: Sistemas de Informações Geográficas (SIG). Programa Geologia do Brasil: Integração, atualização e difusão de dados da Geologia do Brasil. Mapas Geológicos Estaduais escala 1:750000. Brasília, DF: MME, 2008. (CD-ROM).

[8] ELLINGSEN, K .E.; GRAY, J. S.; BJORNBOM, E. Acoustic classification of seabed habitats using QTC VIEW system. ICES J. Mar. Sci., v. 59, n. 5, p: 825-835, 2002.

[9] FIGUEIREDO JR, A. G.; TESSLER, M. G. Topografia e composição do substrato marinho da região Sudeste-Sul do Brasil. São Paulo: Instituto Oceanográfico-USP, 2004. 64 p. (Série Documentos REVIZEE/SCORE SUL, v.1).

[10] FIGUEIREDO JR, A. G.; MADUREIRA, L. S. P. Topografia, composição, refletividade do substrato marinho e identificação de províncias sedimentares na Região Sudeste-Sul do Brasil São Paulo: Instituto Oceanográfico-USP, 2004. 64 p. (Série Documentos REVIZEE/SCORE SUL, v. 1).

[11] FOOTE, K. J. Optimizing copper spheres for precision calibration of hydroacoustic equipament. J. Acoust. Soc. Am., v. 71, p. 742-747, 1982.

[12] FREITAS, R.; SAMPAIO, L.; RODRIGUES, A. M.; QUINTINO, V. Sea-bottom classification across a shallow-water bar channel and near-shore shelf, using single-beam acoustics. Estuar. Coast. Shelf Sci., v. 65, n. 4, p. 625-632, 2005.

[13] FREITAS, R.; SAMPAIO, L.; OLIVEIRA, J.; RODRIGUES, A.M.; QUINTINO, V. Validation of soft bottom benthic habitats identified by single-beam acoustics. Mar. Pollut. Bull., 53(1-4): 72-79, 2006.

[14] GORDON, A. South Atlantic thermohaline ventilation. Deep Sea Res., v. 28A, n. 11, p. 1238-1264, 1981.

[15] HAIMOVICI, M, PEREIRA, S. D. AND VIEIRA, P. C. La pesca demersal en el sur do Brasil en el periodo 1975-1985. Frente Maritimo, 5(A): 151-163, 1989.

[16] HOGARTH, W. T. Keeping our fisheries sustainable. In: BARNES P. W.; TOMAS, J. P. (Ed.). Benthic habitats and the effects fishing Bethesda, Maryland: American Fisheries Society, 2005. (Symposium on effects of fishing activities on benthic habitats, 41, 2005. Proceedings p. 11-17).

[17] KITAHARA, M. V.; HORN FILHO, N. OLMIRO; ABREU, J. G. N. Utilização de registros de corais de profundidade (Cnidaria, Scleractinia) para prever a localização e mapear tipos de substratos na plataforma e talude continental do sul do Brasil. Pap. Avulsos Zool, São Paulo, vol. 48, n.2, 2008,

[18] KLEIN, A. H. F.; GRIEP, G. H.; CALLIARI, J. L.; VILLWOCK, J. A. Ocorrências de concreções fosfáticas no terraço de Rio Grande. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE GEOLOGIA, 37. Camboriú, SC. Resumos Expandidos p. 202-203, 1992.

[19] MACLENNAN, D. N.; SIMMONDS, E. J. Fisheries Acoustics London: Chapman & Hall, 1992. 325 p. (Series 5).

[20] MARTINS, L. R.; URIEN, C. M. Atlas sedimentológico da Plataforma Continental do Rio Grande do Sul. Porto Alegre: CECO/UFRGS, 1977. (Série Mapas).

[21] MARTINS, L. R.; URIEN, C. M. Atlas Sedimentológico da Plataforma Continental do Rio Grande do Sul.Porto Alegre: CECO/UFRGS, 1979. (Série Mapas).

[22] MAZZINI, P. L. F.; SCHETTINI, C. A. F. Avaliação de metodologias de interpolação espacial aplicadas a dados hidrográficos costeiros quase- sinóticos. Braz. J. Aquat. Sci. Technol., v. 13, n. 1, p. 53-64, 2009.

[23] MÖLLER JR, O. O.; PIOLA, A. R.; FREITAS, A. C.; CAMPOS, E. The effects of river discharge and seasonal winds on the shelf off Southeastern South America. Continent. Shelf Res, v. 28, p. 1607-1624, 2008.

[24] ORLOWSKI, A. Application of acoustic methods to correlation of fish density distribution and the type of sea bottom. Proc. IOA, Pt. III, v. 11, p. 179-185, 1989.

[25] PIOLA, A. R.; CAMPOS, E. J. D.; MÖLLER JR., O. O.; CHARO, M.; MARTINEZ, C.M. Subtropical shelf front off eastern South America. J. Geophys. Res., v. 105 (C3), p. 6566-6578, 2000.

[26] ROCHA, J. M.; MILLIMAN, J. D.; SANTANA, C. I.; VICALVI, M. A. Southern Brazil. Upper continental margin sedimentation off Brazil. Contr. Sedimentol., v. 4, p. 117-150, 1975.

[27] SHEPARD, F. P. Nomenclature based on sand-silt-clay ratios. J. Sediment. Petrol., v. 24, v. 3, p. 151-158, 1954.

[28] SILVA C. G.; MELLO. S. L. M. Nossas riquezas no mar: Recursos não-vivos. In: Ministério da Educação, Secretária da Educação Básica. O mar no espaço geográfico brasileiro. Coleção Explorando o Ensino v. 8, Cap. 5, 160-178, 2005.

[29] SIMMONDS, E. J.; MACLENNAN, D. N. Fisheries Acoustics: Theory and practice 2nd ed. London: Blackwell Science, 2005. p. 437.

[30] SOARES, I.; MÖLLER, O. Low-frequency currents and water mass spatial distribution on the Southern Brazilian Shelf. Cont. Shelf Res., v. 21, n. 16-17, p. 1785-1814, 2001.

[31] TEGOWSKI, J. Acoustical classification of bottom sediments in southern Baltic Sea. Quatern. Int., v. 130, p. 153-161, 2005.

[32] WIENBERG, C.; BARTHOLOMA, A. Acoustic seabed classification in a coastal environment (outer Weser Estuary, German Bight)-a new approach to monitor dredging and dredge spoil disposal. Cont. Shelf Res., v. 25, p. 1143-1156, 2005.

Brasil

Brasil

Seabed acoustic classification in the Pelotas basin, Brazil

Abstracts

Publication Dates

History