Slipping Seaside: preservando o passado da Flórida através do mapeamento da erosão com GNSS

A Rede Pública de Arqueologia da Flórida (FPAN) conta com voluntários, tecnologia de ponta e uma abordagem inovadora para preservar os recursos arqueológicos da Flórida

Segundo algumas estimativas , o nível do mar na Flórida subiu seis vezes mais do que a média global nos últimos anos. Isto dá um maior sentido de urgência à preservação dos cerca de 35.000 recursos culturais em risco conhecidos, espalhados por 13.000 quilômetros da costa da Flórida. Os recursos culturais da Flórida incluem tudo, desde de conchas – resíduos da vida cotidiana deixados pelos povos indígenas, contendo cerâmica, ferramentas de pedra e restos de alimentos que sugerem milhares de anos de ocupação – até estruturas históricas mais modernas, como edifícios, cemitérios e naufrágios.

“É preciso saber o que se tem para o poder gerir”, disse Emily Jane Murray, Arqueóloga Pública da região Nordeste da Rede de Arqueologia Pública da Flórida (FPAN).

A FPAN é uma organização sem fins lucrativos criada pela University of West Florida em 2005. Sua missão é promover a conservação, o estudo e a compreensão pública do patrimônio arqueológico da Flórida. Financiada por legislação estatal e subsídios, a FPAN enfatiza a divulgação pública e o treinamento comunitário, incluindo contribuições voluntárias para projetos arqueológicos.

“Se olharmos para o Registo de Arqueólogos Profissionais, existem 147 arqueólogos no estado da Flórida. Mas há mais de 180.000 recursos culturais listados no Arquivo Mestre de Sítios da Flórida. É realmente impossível ficar de olho em todos eles”, disse a Diretora Regional da FPAN, Sarah Miller.

O desafio: ser mais rápido que a água

Em 2016, a FPAN criou o Heritage Management Scouts (HMS), um programa de ciência cidadã destinado a formar voluntários para ajudar a inspecionar 5.000-6.000 dos sítios mais ameaçados do estado. Estes voluntários ajudam a documentar alterações nos sítios, tais como árvores caídas e artefatos acima do solo recentemente visíveis, o que ajuda a FPAN a saber quais as áreas que requerem um estudo mais aprofundado.

“Mapeamos todos os locais onde estas alterações ocorrem porque isso pode nos ajudar a identificar áreas onde devemos voltar e realizar mais trabalho”, disse Murray.

Mas à medida que o nível do mar sobe mais rapidamente do que os modelos anteriormente previstos, a FPAN enfrenta um desafio crescente: como podem priorizar quais locais inspecionar primeiro e como podem construir simultaneamente modelos de erosão mais precisos?

“Temos modelos limitados que dizem: ‘Se adicionarmos um metro e meio de água ali, um determinado local ficará alagado’. Infelizmente sabemos, por observação, que estes locais já estão inundados. Portanto, a verdadeira questão é: quão rápido isso está acontecendo e o que faremos a seguir?”, disse Murray. 

Felizmente, do outro lado do oceano, arqueólogos escoceses haviam recentemente formulado— e respondido — as mesmas perguntas.

Uma inspiração escocesa

Com aproximadamente 18.670 km de costa, a Escócia, tal como a Florida, não pode ignorar a subida do nível do mar. A BBC estima que até 400 milhões de libras (495 milhões de dólares) em infra-estruturas escocesas poderão ser perdidas devido à erosão até 2050. Há vários anos, a organização de investigação e conservação Scottish Coastal Archaeology and the Problem of Erosion (SCAPE) decidiu mapear o patrimônio histórico da Escócia, modelar taxas de erosão e priorizar os locais de maior risco para pesquisa, escavação e estudo – de uma forma que ninguém havia feito antes.

“O SCAPE estava alguns passos à nossa frente”, disse Murray.

O SCAPE concentrou-se na colaboração proativa entre autoridades locais e na divulgação pública. Eles também testaram tecnologia geoespacial de ponta, práticas recomendadas para coleta de dados, gerenciamento de banco de dados e fluxos de trabalho que se mostraram rápidos, precisos e econômicos. O SCAPE não apenas mapeou os locais costeiros em risco da Escócia, mas também modelou as taxas de erosão da costa com alta precisão. Quando a FPAN visitou a SCAPE na Escócia em 2018, a SCAPE partilhou a sua abordagem, recomendações tecnológicas e modelos de dados com os seus colegas estrangeiros.

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Fase Um: Mapeamento dos Sítios Históricos

A FPAN trouxe as sugestões de volta à Flórida e garantiu o financiamento para um teste piloto.

“O nosso primeiro objetivo era recolher informações sobre o que estava ocorrendo nos sítios locais da região. Dessa forma, poderíamos determinar o que já tinha sido impactado, o que estava sendo impactado mais rapidamente e com o que não precisaríamos nos preocupar durante algum tempo.” disse Murray.

Seguindo o exemplo do SCAPE, a FPAN implantou a plataforma ArcGIS da Esri para o gerenciamento dos dados geoespaciais. SCAPE compartilhou seu modelo de banco de dados para dados históricos do local, como limites e artefatos. O aplicativo móvel ArcGIS Field Maps (Field Maps) permitiu que voluntários e funcionários da FPAN coletassem e atualizassem esse tipo de informação durante pesquisas no local. O Field Maps forneceu ferramentas para garantir que a coleta de dados de campo fosse padronizada, incluindo campos suspensos programáveis, caixas de seleção e atributos obrigatórios, como condições atuais e anexos de fotos. O aplicativo funciona com dispositivos iOS ou Android.

“O Field Maps nos permitiu criar um formulário simples onde nossos voluntários e funcionários puderam facilmente preencher os campos, coletar as informações e tirar fotos em campo”, disse Murray.

Para garantir uma precisão de pelo menos 30-60 centímetros, a FPAN forneceu aos topógrafos os mesmos receptores do sistema global de navegação por satélite (GNSS) que o SCAPE utilizava: o receptor GNSS Arrow 100 ® fabricado pela empresa canadense Eos Positioning Systems ® . O Arrow 100 fornece precisão de localização em nível submétrico para o Field Maps, em execução em qualquer dispositivo iOS ou Android. A fonte de correções diferenciais que o receptor utiliza para calcular posições em tempo real é chamada de sistema de aumento baseado em satélite (SBAS). Os sinais SBAS estão disponíveis gratuitamente nos EUA (via WAAS) e na Europa (via EGNOS), entre outras regiões do mundo. De imediato, os voluntários da FPAN conseguiram obter uma precisão de 30 a 60 centímetros com treinamento mínimo.

“Basta simplesmente entregar a eles o receptor GNSS, um dispositivo com Field Maps instalado, e eles estarão operacionais quase que instantaneamente. Isso é uma prova de como os receptores GNSS Arrow são fáceis de usar”, disse Murray.

Ao escolher um aplicativo fácil de usar, um receptor GNSS e dispositivos móveis, a FPAN conseguiu obter resultados semelhantes aos de pesquisas, alcançáveis por qualquer amador que realize a coleta de dados em campo.

“Eles estão fazendo ciência de verdade, mas suas ferramentas se parecem com algo com o qual já estão acostumados”, disse Murray.

Os dados coletados no ArcGIS Field Maps aparecem em um mapa do ArcGIS Online instantaneamente no escritório, onde Kassie Kemp, gerente de banco de dados da FPAN, realiza o controle de qualidade quase que em tempo real e prepara as informações verificadas para envio ao banco de dados de recursos culturais do estado (o Florida Master Site File). Com esse fluxo de trabalho, a FPAN resolve seu primeiro desafio: mapear cada sítio histórico de forma eficiente, precisa e eficaz.

“A erosão costeira está ocorrendo e esses locais estão sendo afetados. Quer obtenhamos a informação ou não, de qualquer forma, perdemos o sítio. Mesmo quando os visitamos para acompanhar a erosão, estamos sempre aprendendo mais.”, disse Murray.

Visitar os locais para rastrear a erosão foi, na verdade, a segunda fase do seu programa.

Fase Dois: Modelagem da Erosão

Existem tantas maneiras de mapear uma linha costeira quanto de cortar um sanduíche. Você mapeia na maré alta? Maré baixa? E se houver uma árvore que caiu e criou uma anomalia no limite?

De acordo com Murray, os arqueólogos da FPAN estão interessados ​​em mapear o “limite erosivo das terras altas”. Em outras palavras, esse é o limite que eles podem considerar o sítio intacto. Em alguns locais, como numa falésia de duna de areia, a borda intacta é fácil de identificar. Em outros lugares, como um pântano, é mais efêmero e aberto à interpretação.

A erosão é igualmente variável. Por vezes, a mudança é facilmente observável. Em Shell Bluff Landing, por exemplo, perto de Jacksonville, o furacão Ian de categoria 4 em 2022 transformou drástica e permanentemente a linha costeira. A erosão era evidente a olho nu. Mas em outros lugares, como o pântano médio da Flórida com matagais de palmeiras profundamente enraizados no local, a erosão pode ser mais lenta. Medições de precisão nessas áreas podem mostrar apenas alguns centímetros de mudança ao longo do tempo.

“Se conseguirmos chegar a um metro dos limites do sítio, geralmente conseguimos ver onde o sítio está. Mas rastrear a erosão requer um maior grau de precisão.”, disse Murray. 

A FPAN obteve financiamento da National Estuarine Research Reserve (NERR) System Science Collaborative para adquirir mais dois receptores GNSS para testar métodos no NERR de Guana Tolomato Matanzas (GTM). Dessa vez, escolheram o receptor GNSS Arrow Gold. Em vez de depender de sinais SBAS como o seu antecessor, o Arrow 100, o Arrow Gold suporta conexão com a Rede de Referência Permanente local gratuita da Flórida (FPRN) para suas correções diferenciais. Quando conectado a esta rede cinemática em tempo real (RTK), o Arrow Gold é capaz de fornecer precisão de nível centimétrico tanto horizontal quanto verticalmente.

“Esta é uma das razões pelas quais queríamos o Arrow Gold, uma vez que ele é capaz de nos mostrar melhor a erosão, especialmente em áreas que exigem detecção de alterações em nível centimétrico”, disse Murray.

O objetivo da FPAN é mapear o litoral de cada sítio histórico na GTM NERR uma vez por ano. Eles compararam essas medições ao longo do tempo com os modelos de pântanos que afetam o nível do mar (SLAMM) para a área. O SLAMM é o modelo líder do setor, usado para prever o aumento futuro do nível do mar, juntamente com as mudanças relacionadas.

“Os modelos são assustadores. E em alguns lugares já estamos vendo as mudanças.”, disse Murray. 

Recentemente, a FPAN também adquiriu um laser scanner FARO, que coleta dados espaciais altamente precisos em cada sítio histórico. Esses dados são processados ​​em nuvens de pontos e modelos 3D, georreferenciados com coordenadas de alta precisão do Arrow Gold, e a equipe de Murray agora pode visualizar e medir volumes de erosão em 3D.

“Esta é uma das coisas mais legais que estamos fazendo com os Arrow Golds. Podemos rastrear perdas costeiras mais quantificáveis ​​comparando os modelos ao longo do tempo e obter uma representação 3D de todos os sedimentos que foram arrastados.”, disse Murray.

 Os resultados: os modelos são assustadores

A erosão costeira não é um problema novo na Flórida. Na verdade, há 8 mil anos, a costa da Flórida era duas vezes maior. Mas o jogo está mudando quase tão rapidamente quanto o nível do mar está subindo. Os furacões, que têm aumentado em frequência e intensidade nos últimos anos, condensaram anos de erosão em eventos únicos.

“Estava previsto que a Shell Bluff Landing fosse analisada anualmente. Mas o furacão Ian alterou-a de forma tão drástica e permanente que precisamos reanalisá-la mais cedo.”, disse Murray.

Estes sítios contêm provavelmente informações importantes não só sobre o passado, mas também sobre o futuro. O levantamento destes sítios antes de se perderem fornece pistas sobre a forma como as populações humanas se adaptaram à erosão da Flórida ao longo dos anos.

“Podemos aprender como as pessoas se moviam e reagiam à erosão no passado, incluindo quais métodos funcionaram e quais não funcionaram. Compreender o passado é compreender o presente. Aprendemos como chegamos aqui e agora, para onde estamos indo.”, disse Murray. 

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