Dados EASE-grid do Special Sensor Microwave-Imager (SSM/I) e imagens classificadas ASAR wideswath (WS), cobrindo a Península Antártica (PA), foram processadas e usadas em um Modelo Linear de Mistura Espectral (MLME), para a análise subpixel da Zona Superficial de Neve Úmida (ZSNU) em imagens SSM/I. As proporções dos componentes puros (imagens-fração) da área de estudo (ZSNU, Zona Superficial de Neve Seca e rochas) foram derivadas das imagens ASAR classificadas. As imagens-fração e imagens SSM/I co-registradas de mesma data (bandas 19H, 19V, 37H e 37V) foram usadas no MLME para estimar as assinaturas espectrais desconhecidas (i.e., temperatura de brilho em cada banda SSM/I). Essas assinaturas espectrais foram então usadas no MLME para estimar as imagens-fração da ZSNU, as quais foram comparadas com as imagens-fração ASAR correspondentes, por meio do cálculo do coeficiente de correlação. Foram identificadas as duas assinaturas espectrais que resultaram nos dados mais correlacionados, sendo também calculadas as correlações das imagens-fração da ZSNU resultantes do uso no MLME dos valores médio e mediano das assinaturas espectrais mais similares. Os valores medianos dessas assinaturas espectrais produziram as imagens-fração da ZSNU mais correlacionadas, que tiveram uma precisão global de classificação média (PGCM) de 95,6% e 97,3%, nas imagens de primavera e outono, respectivamente (amplitude de classes de 0,1), e uma PGCM de 72,6% nas imagens de verão (amplitude de classes de 0,2). Essas assinaturas espectrais medianas foram então usadas no MLME para estimar, com esses níveis de precisão global, a intensidade e extensão da ZSNU na PA, pelo uso de imagens calibradas SSM/I e SMMR (Scanning Multichannel Microwave Radiometer), possibilitando assim a análise diária e em nível subpixel dessa fácie superficial, de 1978 a 2008. Na análise espacial das imagens-fração da ZSNU estimadas, observou-se que o derretimento superficial médio começava no final de outubro e terminava no final de março, com auge em 7 de janeiro (cerca de 172.237 km2 ou 31,6% da área da PA). A área total mediana da ZSNU no verão foi de aproximadamente 105.100 km2. A análise de regressão com as imagens-fração dos verões entre 1978-1979 a 2007-2008 revelou a tendência de redução da área da ZSNU, totalizando 330,854 km2 nesse período. Todavia, essa tendência não é estatisticamente significante, devido à alta variabilidade interanual da área da ZSNU na PA. Forte derretimento superficial ocorreu nos verões de 1984-1985 (176.507,289 km2) e 1989-1990 (172.681,867 km2), enquanto fraco derretimento, nos verões de 1993-1994 (26.392,208 km2) e 1981-1982 (23.244,341 km2). O mais persistente e intenso derretimento superficial foi observado nas plataformas de gelo Larsen, Wilkins, George VI e Wordie e isto foi relacionado com os eventos de fragmentação e desintegração dessas massas de gelo, ocorridos nas últimas décadas. O derretimento superficial está intimamente relacionado com a estabilidade do sistema glacial antártico e com mudanças no nível médio dos mares. Esse poderia ser monitorado em toda a Antártica, por meio da análise subpixel de imagens SMMR e SSM/I proposta neste estudo. / Special Sensor Microwave-Imager (SSM/I) EASE-grid data and classified ASAR wideswath (WS) images, covering the Antarctic Peninsula (AP), were processed and used in a Spectral Linear Mixing Model (SLMM) for a subpixel analysis of the Wet Snow Zone (WSZ) in SSM/I images. The components’ proportions (fraction images) of the endmembers in the study area, namely WSZ, Dry Snow Zone and rock outcrops, were derived from classified ASAR images. These fraction images and co-registered SSM/I images (bands 19H, 19V, 37H and 37V), acquired on the same date, were used in the SLMM to estimate the unknown spectral signatures (i.e., brightness temperature on each SSM/I band). These spectral signatures were used to estimate WSZ fraction images, which were compared with the ASAR fraction images, by calculating the correlation coefficients. This work identified two spectral signatures that produced the most correlated data, and determined the WSZ fraction images correlations resulting from the use, in the SLMM, of the mean and median values of the most similar spectral signatures. The median values of these spectral signatures produced the most correlated WSZ fraction images, which had an average overall classification accuracy (AOCA) of 95.6% and 97.3% for spring and autumn fraction images, respectively (class range of 0.1), and an AOCA of 72.6% for summer fraction images (class range of 0.2). These median spectral signatures were then used in a SLMM to estimate accurately the WSZ intensity and its extension on the AP, by using calibrated SSM/I and SMMR (Scanning Multichannel Microwave Radiometer) imageries, allowing a daily subpixel analysis of this glacier facie on the AP from 1978 to 2008. Based on the spatial analysis of the WSZ fraction images, it was observed that melt primarily takes place in late October and ends in late March, with peak on January 7th (about 172,237 km2 or 31,6% of the AP area). The WSZ median total area in summer was about 105,100 km2. Regression analysis over the 1978-1979 to 2007-2008 summers, revealed a negative interanual trend in surface melt of 330.854 km2. Nevertheless, this trend inference is not statistically significant, due to the high WSZ interanual variability. Extremely high melt occurred in the 1984-1985 (176,507.289 km2) and 1989-1990 (172,681.867 km2) summers, while extremely weak melt occurred in the 1993-1994 (26,392.208 km2) and 1981-1982 (23,244.341 km2) summers. The most persistent and intensive melt was observed on Larsen, Wilkins, George VI and Wordie ice shelves and it was related to the break-up and disintegration events that occurred on these glaciers in the last decades. Surface melting is closely related to the stability of the Antarctic glacial system and global sea level changes. It could be monitored for the whole Antarctica, by using the WSZ subpixel analysis in SMMR and SSM/I imageries proposed by this study.

Dados EASE-grid do Special Sensor Microwave-Imager (SSM/I) e imagens classificadas ASAR wideswath (WS), cobrindo a Península Antártica (PA), foram processadas e usadas em um Modelo Linear de Mistura Espectral (MLME), para a análise subpixel da Zona Superficial de Neve Úmida (ZSNU) em imagens SSM/I. As proporções dos componentes puros (imagens-fração) da área de estudo (ZSNU, Zona Superficial de Neve Seca e rochas) foram derivadas das imagens ASAR classificadas. As imagens-fração e imagens SSM/I co-registradas de mesma data (bandas 19H, 19V, 37H e 37V) foram usadas no MLME para estimar as assinaturas espectrais desconhecidas (i.e., temperatura de brilho em cada banda SSM/I). Essas assinaturas espectrais foram então usadas no MLME para estimar as imagens-fração da ZSNU, as quais foram comparadas com as imagens-fração ASAR correspondentes, por meio do cálculo do coeficiente de correlação. Foram identificadas as duas assinaturas espectrais que resultaram nos dados mais correlacionados, sendo também calculadas as correlações das imagens-fração da ZSNU resultantes do uso no MLME dos valores médio e mediano das assinaturas espectrais mais similares. Os valores medianos dessas assinaturas espectrais produziram as imagens-fração da ZSNU mais correlacionadas, que tiveram uma precisão global de classificação média (PGCM) de 95,6% e 97,3%, nas imagens de primavera e outono, respectivamente (amplitude de classes de 0,1), e uma PGCM de 72,6% nas imagens de verão (amplitude de classes de 0,2). Essas assinaturas espectrais medianas foram então usadas no MLME para estimar, com esses níveis de precisão global, a intensidade e extensão da ZSNU na PA, pelo uso de imagens calibradas SSM/I e SMMR (Scanning Multichannel Microwave Radiometer), possibilitando assim a análise diária e em nível subpixel dessa fácie superficial, de 1978 a 2008. Na análise espacial das imagens-fração da ZSNU estimadas, observou-se que o derretimento superficial médio começava no final de outubro e terminava no final de março, com auge em 7 de janeiro (cerca de 172.237 km2 ou 31,6% da área da PA). A área total mediana da ZSNU no verão foi de aproximadamente 105.100 km2. A análise de regressão com as imagens-fração dos verões entre 1978-1979 a 2007-2008 revelou a tendência de redução da área da ZSNU, totalizando 330,854 km2 nesse período. Todavia, essa tendência não é estatisticamente significante, devido à alta variabilidade interanual da área da ZSNU na PA. Forte derretimento superficial ocorreu nos verões de 1984-1985 (176.507,289 km2) e 1989-1990 (172.681,867 km2), enquanto fraco derretimento, nos verões de 1993-1994 (26.392,208 km2) e 1981-1982 (23.244,341 km2). O mais persistente e intenso derretimento superficial foi observado nas plataformas de gelo Larsen, Wilkins, George VI e Wordie e isto foi relacionado com os eventos de fragmentação e desintegração dessas massas de gelo, ocorridos nas últimas décadas. O derretimento superficial está intimamente relacionado com a estabilidade do sistema glacial antártico e com mudanças no nível médio dos mares. Esse poderia ser monitorado em toda a Antártica, por meio da análise subpixel de imagens SMMR e SSM/I proposta neste estudo. / Special Sensor Microwave-Imager (SSM/I) EASE-grid data and classified ASAR wideswath (WS) images, covering the Antarctic Peninsula (AP), were processed and used in a Spectral Linear Mixing Model (SLMM) for a subpixel analysis of the Wet Snow Zone (WSZ) in SSM/I images. The components’ proportions (fraction images) of the endmembers in the study area, namely WSZ, Dry Snow Zone and rock outcrops, were derived from classified ASAR images. These fraction images and co-registered SSM/I images (bands 19H, 19V, 37H and 37V), acquired on the same date, were used in the SLMM to estimate the unknown spectral signatures (i.e., brightness temperature on each SSM/I band). These spectral signatures were used to estimate WSZ fraction images, which were compared with the ASAR fraction images, by calculating the correlation coefficients. This work identified two spectral signatures that produced the most correlated data, and determined the WSZ fraction images correlations resulting from the use, in the SLMM, of the mean and median values of the most similar spectral signatures. The median values of these spectral signatures produced the most correlated WSZ fraction images, which had an average overall classification accuracy (AOCA) of 95.6% and 97.3% for spring and autumn fraction images, respectively (class range of 0.1), and an AOCA of 72.6% for summer fraction images (class range of 0.2). These median spectral signatures were then used in a SLMM to estimate accurately the WSZ intensity and its extension on the AP, by using calibrated SSM/I and SMMR (Scanning Multichannel Microwave Radiometer) imageries, allowing a daily subpixel analysis of this glacier facie on the AP from 1978 to 2008. Based on the spatial analysis of the WSZ fraction images, it was observed that melt primarily takes place in late October and ends in late March, with peak on January 7th (about 172,237 km2 or 31,6% of the AP area). The WSZ median total area in summer was about 105,100 km2. Regression analysis over the 1978-1979 to 2007-2008 summers, revealed a negative interanual trend in surface melt of 330.854 km2. Nevertheless, this trend inference is not statistically significant, due to the high WSZ interanual variability. Extremely high melt occurred in the 1984-1985 (176,507.289 km2) and 1989-1990 (172,681.867 km2) summers, while extremely weak melt occurred in the 1993-1994 (26,392.208 km2) and 1981-1982 (23,244.341 km2) summers. The most persistent and intensive melt was observed on Larsen, Wilkins, George VI and Wordie ice shelves and it was related to the break-up and disintegration events that occurred on these glaciers in the last decades. Surface melting is closely related to the stability of the Antarctic glacial system and global sea level changes. It could be monitored for the whole Antarctica, by using the WSZ subpixel analysis in SMMR and SSM/I imageries proposed by this study.

Este estudo utilizou os princípios da glacioquímica para determinar e analisar as variações nas concentrações aniônicas de um testemunho de neve e firn obtido pela perfuração no manto de gelo da antártica ocidental no verão austral de 2004/05. O testemunho IC-6 (81°03'S, 79°51'W), de 34,65 m de profundidade, obtido a 750 m de altitude, foi subamostrado em sala limpa (CLASE 100), usando um sistema de derretimento contínuo desenvolvido pela equipe do Climate Change Institute (CCI) da Universidade do Maine (EUA). Esse processo gerou 1.368 amostras para análises por cromatografia iônica, cerca de 58 amostras por metro, permitindo detalhamento sazonal da variabilidade das concentrações dos íons majoritários. O testemunho representa 66 ± 3 anos de dados ambientais, segundo a datação baseada na variação sazonal dos íons Cl-, Na+, Mg+2 e SO4-2. O testemunho de 23,61 m em equivalente d’água, corrigido para variações em densidade, representa uma acumulação liquida média anual de 0,36 m (em equivalente d’água). Assim, a camada ao fundo foi formada no ano de 1938 (± 3 anos). As concentrações iônicas médias medidas no IC-6, são: [(Na+= 66,92 ± 2,32 μg L-1), (K+= 3,31 ± 0,18 μg L-1); (Mg+2= 10,07 ± 0,25 μg L-1); (Ca+2 = 16,93 ± 0,38 μg L-1); (Cl- = 155,74 ± 4,40 μg L-1); (NO3- = 56,01 ± 0,80 μg L-1); (SO4 2 = 55,65 ± 1,36 μg L-1); e (CH3SO3 (MS) = 14,11 ± 1,19 μg L-1)]. As maiores concentrações de Na+, Cl-, e Mg+2 foram interpretadas como picos de invernos, associadas diretamente ao aerossol dos mares circundantes em respostas, provavelmente, a advecção mais intensa de massas de ar (marinho) sobre as plataformas de gelo, e portanto são também traçadores marinhos. Já o perfil (série) de sulfato está em antifase, em relação às variações nas espécies Na+, Cl- e Mg+2. De origem predominantemente marinha, o sulfato total apresentou maiores concentrações durante a primavera e verão (períodos de maior atividade biológica nos mares circumpolares), possivelmente marcando a variação sazonal da atividade biológica na região. Embora em alguns intervalos essa ―antifase‖ não fique tão clara, é o que ocorre na maior parte do testemunho IC-6, condição que auxiliou na interpretação da variação sazonal observada principalmente na série do cloro. O perfil de excesso de sulfato apresenta perfil similar ao de sulfatos total, com picos concomitantes. Além da forte correlação com o íon SO4-2, também é observada uma correlação fraca a moderada com o íon nitrato. Picos concomitantes deste íon com o excesso de sulfato representam eventos episódicos como é o caso das erupções vulcânicas de grande magnitude. A variabilidade da concentração de nitrato não esta associada ao aerossol marinho, como aponta a falta de correlação entre esse ânion e o Cl-, Na+ e Mg2+. Porém, série de nitrato apresenta muitos períodos bem marcados e correlacionados com as concentrações de excesso de sulfato, devendo representar a ocorrência de eventos episódicos, como erupções vulcânicas. Entretanto, a análise de íons maiores nesse estudo não possibilitou a identificação de eventos específicos, será necessário o uso de técnicas complementares para determinação de elementos traços. Sugere-se que o nitrato seria transportado e depositado por massas de ar provenientes da estratosfera ou da alta troposfera e que grandes concentrações dessa espécie poderiam estar associadas ao registro de ocorrências de eventos vulcânicos. Essa característica parece ser coerente com os picos correlacionáveis nos perfis (séries) de nitrato e sulfatos. Além da variação sazonal (observada principalmente no perfil de cloro), foram identificados outros padrões recorrentes no tempo (ciclos), principalmente nas séries de dos íons Na+, Cl- e Mg2+ (origem marinha) e NO3-. O principal ciclo identificado, de aproximadamente 17,3 anos, necessita melhor investigação. A secundária, em torno de 10 anos, estaria associada ao ciclo solar (de 10,7 anos). Também são observados ciclos com períodos entre 2 a 5 anos, que poderiam estar associados ao fenômeno ENOS (El Niño - Oscilação Sul). Ao comparar as concentrações médias do IC-6 com de outros sítios no interior da Antártica, observa-se uma abrupta redução ao atravessar as montanhas Transantárticas em direção ao Polo Sul geográfico. Sugere-se que cordilheira esteja barrando o transporte dos aerossóis marinhos para o interior do continente devido a um efeito orográfico sobre a precipitação. / This study employed glaciochemical principles to determine and analyze the variation of anionic concentrations of a firn and snow core obtained from the Western Antarctic Ice Sheet, in the summer of 2004/05. The IC-6 core (81°03'S, 79°51'W), reaching 34.65 m in depth, was extracted at 750 m above sea level. This core was subsampled in a Class 100 clean room, employing a discrete continuous melting system developed by the team at the Climate Change Institute (CCI), University of Maine, USA. This process produced 1,368 samples for ionic chromatographic analyses, approximately 58 samples per meter, permitting a seasonal-scale resolution of the main ion concentrations and variabilities. This core represents 66 ± 3 years of environmental data, according to Cl-, Na+, Mg+2 e SO4-2 ion seasonal variations. The 23.61 m core, in water equivalent, corrected for the density variation, represents an annual net accumulation average rate of 0.36. The deepest layer was deposited in 1938 (± 3 ). Core mean ionic concentrations are: [(Na+= 66,92 ± 2,32 μg L-1); (K+= 3,31 ± 0,18 μg L-1); (Mg+2= 10,07 ± 0,25 μg L-1); (Ca+2 = 16,93 ± 0,38 μg L-1); (Cl- = 155,74 ± 4,40 μg L-1); (NO3- = 56,01 ± 0,80 μg L-1); (SO4 2 = 55,65 ± 1,36 μg L-1); and (CH3SO3 (MS) = 14,11 ± 1,19 μg L-1)]. The largest concentrations of Na+, Cl-, e Mg+2 were interpreted as winter peaks, directly associated with the aerosols from the surrounding seas, probably, in response to the intensification of marine air mass advection on the ice shelves, and, thus, also being marine tracers. The sulphate profile (series) presents an antiphase, with relation to Na+, Cl- e Mg+2 species variations. Predominantly of marine origin, total sulphates presented greater concentrations during Spring and Summer (periods of greater biologic activity in the Southern Ocean), possibly marking the seasonal variation of biologic activity in the region. Although in some intervals of this ―antiphase‖ are not clearly evident, they are consistent throughout most of the IC-6 core, assisting with the interpretation of the observed seasonal variations, particularly when related to chlorine data series. The sulphate excess profile is similar to total sulphate profile, showing concomitant spikes. Besides the strong correlation to tSO4-2 ion, a weak to moderate correlation was observed for nitrate ions. Coinciding peaks for this ion with excess sulphate may represent episodic events, such as presented by volcanic events of great magnitude. The nitrate concentration variability is not associated to marine aerosols, as shown by the lack of correlation between this anion and Cl-, Na+ e Mg2+. The nitrate series presents many well marked periods and seem to be correlated to excess sulphate concentrations, possibly representing the occurrence of episodic events, such as volcanic eruptions. Even so, the major ions analyses proposed by this work did not make the identification of such episodic events clear. Such events need to be addressed with complementary techniques to determine the specific trace elements. These results suggest that nitrate is transported and deposited by stratospheric or high tropospheric air masses, and that great concentrations of this species could be associated to the recorded volcanic events. This characteristic appears to be coherent with the spikes in the nitrate and sulphate profiles. Besides the seasonal variation (observed, principally, in the chlorine profile), other time cycle/patterns were identified, mainly those related to Na+, Cl- e Mg2+ ion series (of marine origin) and NO3-. The main identified cycle, approximately 17.3 years, ensues to be better investigated. A second cycle, presenting a 10 year period, is possibly associated to the solar cycle (10.7 years). Shorter cycles of 2 and 5 year periods could possibly be related to the ENSO phenomenon. On comparing average concentrations of the IC-6 core with other sites, farther within the Antarctic continent, an abrupt reduction was observed, from the Trans-Antarctic mountains to the Geographic South Pole, suggesting that this mountain range could be a barrier for marine aerosol transport to the interior of the continent, due to an orographic effect on the precipitation.

Speckle é um ruído multiplicativo e aleatório, característico de imagens de radar de abertura sintética (SAR). Devido a esse ruído, até mesmo áreas com feições marcantes em superfícies contínuas (e.g., fendas nas superfícies das geleiras) são caracterizadas em imagens SAR por grande variabilidade nos números digitais e pelo efeito "sal e pimenta", comum nesse tipo de imagens. Portanto, o speckle deve ser reduzido para que as imagens SAR possam ser utilizadas em algoritmos de correlação cruzada com o objetivo de extrair informações sobre a velocidade das geleiras. Para solucionar este problema, quatro formas de utilização de um filtro adaptativo (i.e., filtro Lee) foram testadas para o pré-processamento de imagens antes da extração de vetores de velocidade de geleiras. O filtro Lee foi utilizado de duas formas: (i) uma filtragem e (ii) filtragem sucessiva (i.e., dupla filtragem). Além disso, dois parâmetros foram utilizados para informar a variabilidade dos dados: o número de looks da cena e o desvio padrão da cena. A análise dos resultados foi realizada comparando os vetores de velocidade gerados pelas imagens originais e filtradas com dados publicados sobre a dinâmica das geleiras da parte setentrional da Península Antártica. Em termos de supressão do speckle, todos os métodos produziram resultados positivos. No entanto, a dupla filtragem não preservou as bordas das fendas, fundindo as feições. Dessa forma, produtos com dupla filtragem foram descartados da análise final. Em geral, as imagens com uma filtragem apresentam melhores resultados na extração de vetores de velocidade por algoritmos de correlação cruzada que as imagens originais. Assim, a cadeia de pré-processamento incluindo uma só filtragem foi escolhida para a extração de parâmetros dinâmicos de geleiras. Quando comparados com dados já publicados, os vetores de velocidade resultantes da análise mostram um ligeiro aumento na velocidade das geleiras da área de estudo entre 2001 e 2005. / Speckle is a characteristic random noise from coherent imaging systems like synthetic aperture radar (SAR). Due to this noise, even areas with sharp features in continuous surfaces (e.g., crevasses on glaciers) will be characterized in SAR images by grainy texture and high variation in digital numbers. Therefore, the speckle must be reduced before SAR images can be used for measuring glacier velocity by image crosscorrelations algorithms. To solve this problem, four approaches based on adaptive filtering (i.e., Lee filter) were tested for data pre-processing prior to extracting the velocity fields from glaciers. The Lee filter was used in two ways: (i) one-pass and (ii) two-pass filtering. Furthermore, two parameters were used to explain the data variability: number of looks and standard deviation of the scene. Results evaluation was carrying out comparing the velocity vectors resulting from original and filtered images with published data on the dynamics of the glaciers in the northern part of the Antarctic Peninsula. In terms of speckle suppression, all approaches yielded positive results. However, the two-pass filter does not preserve the crevasses edges and the resulting images are not considered for the final result comparison. In general, images processed with one-pass filter showed better results for extraction of velocity vectors with the cross-correlation algorithm than the original ones, and were accepted for an automatic processing chain to derive dynamic parameters of glaciers. Furthermore, resulting velocity vectors agree with published data and show a slight increase in velocity between 2001 and 2005.

O testemunho de firn IC-6 de 35,06 m de comprimento foi coletado no manto de gelo antártico (81°03’10,1”S e 79°50’09,1”W; 750 m de altitude) no verão austral de 2004/05. Este testemunho foi subamostrado usando um sistema de fusão contínua desenvolvido pela equipe do Climate Change Institute (University of Maine – Maine /EUA) em sala limpa (CLASSE 100). As 1380 amostras geradas foram analisadas em baixa, média e alta resolução no espectrômetro de massas Element 2 do CCI para 24 elementos traços (Sr, Cd, Cs, Ba, La, Ce, Pr, Pb, Bi, U, As, Li, Al, S, Ca, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Na, Mg e K). O testemunho representa 68 anos (1934 – 2002) de registro, segundo datação relativa baseada na variação sazonal nas concentrações dos elementos Na, Mg, Sr e Ca e dos íons Cl-, Na+ e Mg2+. A taxa de acumulação média para o local de amostragem é calculada em 0,30 m a-1 em Eq. H2O. As concentrações medidas foram consideradas baixas, dentro do esperado para o continente antártico e são similares a de outros estudos. As concentrações são controladas pelas variações climáticas sazonais (verão/inverno), pela distância de transporte e pelas fontes naturais e antrópicas desses aerossóis. Contribuições naturais de poeira continental e solo, oriundas principalmente da região de Patriot Hills, são as principais fontes para os elementos césio, bário, alumínio, titânio, vanádio, cromo, ferro, cobalto, manganês e terras raras. Os aerossóis marinhos, oriundos da superfície da cobertura de gelo marinho e transportados pelas massas de ar são fontes importantes de sódio, magnésio, estrôncio e enxofre. Os elementos lítio, cálcio e potássio apresentaram aportes consideráveis tanto de poeira continental como de aerossóis marinhos. Emissões vulcânicas globais e regionais (Monte Erebus e Ilha Deception) são consideradas importantes fontes de elementos traços. Elementos como vanádio, cromo, manganês, cobalto, bismuto, arsênio, cádmio e chumbo apresentaram uma significativa contribuição dessas fontes, variando desde 20% (chumbo e manganês) até 70% (cádmio e bismuto). Os fluxos de deposição natural de chumbo, cádmio, bismuto e arsênio, representam apenas uma pequena fração do total depositado na neve. Para esses elementos, as atividades antrópicas constituem o principal fator responsável por sua mobilização e transporte. / This dissertation examines a 35.06 m long firn core (IC-6) obtained in the Austral summer of 2004/2005 in the West Antarctic Sheet (at 81°03’10.1”S, 79°50’09.1”W; 750 m above sea level). This core was subsampled using a continuous melting system at the Climate Change Institute (CCI, University of Maine, Orono, Maine, USA) under a Class 100 room conditions. At CCI, 1380 samples went through an Element 2 mass spectrometer to determine (at low, middle and high resolutions) the concentration of 24 trace elements (Sr, Cd, Cs, Ba, La, Ce, Pr, Pb, Bi, U, As, Li, Al, S, Ca, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Na, Mg e K). The core records 38 years (1934 – 2002) of snow accumulation, as dated by seasonal variations of Na, Mg, Sr e Ca elements and Cl-, Na+ e Mg2+ ionic concentrations. The calculated mean annual accumulation is 0.30 m yr-1 (in H2O equivalent). Their mean concentrations are low and are similar to the ones found in other Antarctic ice core studies. Trace concentrations are controlled by seasonal variations (summer/winter), transport distance and by natural and anthropogenic sources. Cesium, barium, aluminium, titanium, vanadium, chrome, iron, cobalt, manganese and rare earths come from continental dust (mainly from the nearby Patriot Hills). Marine aerosols, from the pack ice surface and transported by air masses, are the sources for sodium, magnesium, strontium and sulphur. Both continental dust and marine aerosols contribute to the lithium, calcium and potassium concentrations. Global and regional (Mount Erebus and Deception Island) volcanic emissions are important trace elements sources, such as vanadium, chrome, manganese, cobalt, bismuth, arsenic, cadmium and lead, varying from 20% (lead and manganese) to 70% (cadmium e bismuth). Trace elements as lead, cadmium, bismuth e arsenic from natural sources have a minor contribution in the samples, human activities are thought to be the main cause for their mobilization and transport.

The temperature record from the Antarctic Peninsula (AP) shows a warming trend 3°C greater than that of the Antarctic continent (Vaughan, et al., 2003). The LARsen Ice Shelf System, Antarctica (LARISSA) project was developed as an interdisciplinary collaboration to understand the impacts of global climate change on the ice shelf systems of the Peninsula. The 2010 LARISSA cruise to the western AP margin collected the two marine sediment cores from the mouth of Barilari Bay used for this thesis, Jumbo Piston Core (JPC) 127 and Jumbo Kasten Core (JKC) 55. The 77 sediment samples collected at 10 cm intervals were sieved at 63 microns to retain foraminiferal tests, identified to the species level. The 35 most abundant foraminifera species were grouped into five assemblages with one outlier species through Hierarchical Cluster Analysis (HCA), predominantly grouped by calcareous and agglutinated foraminifera. The Principal Component Analysis (PCA) yielded two principal components, which accounted for 81.5% of the variability within the data, correlated to the species Fursenkoina spp. and Bulimina aculeata. The base of this core was found to be nearly 8000 calibrated years before present (cal. yr. BP) through radiocarbon dating of the foraminiferal tests. The PCA results were correlated with the magnetic susceptibility down core, producing a timeline of four distinct zones in the mid- to late Holocene at the outer Barilari Bay core site. The earliest zone indicated stable cold bay waters, followed by a drastic change with the incursion of warmer Circumpolar Deep Water (CDW) onto the continental shelf. The third zone of this study illustrated a period of fluctuation between the cold bay waters and the CDW, interrupted by the Little Ice Age when the ice shelf in Barilari Bay extended to the mouth of the bay. The most recent zone depicts the past 200 years of melting ice shelves and the resulting increase in primary productivity observed in the bays of the western AP, discernable from the diatom, foraminifera, and sedimentological record. This description of the benthic foraminiferal record in outer Barilari Bay increases the understanding of the timing of events in the mid- to late Holocene and will serve as a correlation to other paleoclimate proxies from the LARISSA project.

Speckle é um ruído multiplicativo e aleatório, característico de imagens de radar de abertura sintética (SAR). Devido a esse ruído, até mesmo áreas com feições marcantes em superfícies contínuas (e.g., fendas nas superfícies das geleiras) são caracterizadas em imagens SAR por grande variabilidade nos números digitais e pelo efeito "sal e pimenta", comum nesse tipo de imagens. Portanto, o speckle deve ser reduzido para que as imagens SAR possam ser utilizadas em algoritmos de correlação cruzada com o objetivo de extrair informações sobre a velocidade das geleiras. Para solucionar este problema, quatro formas de utilização de um filtro adaptativo (i.e., filtro Lee) foram testadas para o pré-processamento de imagens antes da extração de vetores de velocidade de geleiras. O filtro Lee foi utilizado de duas formas: (i) uma filtragem e (ii) filtragem sucessiva (i.e., dupla filtragem). Além disso, dois parâmetros foram utilizados para informar a variabilidade dos dados: o número de looks da cena e o desvio padrão da cena. A análise dos resultados foi realizada comparando os vetores de velocidade gerados pelas imagens originais e filtradas com dados publicados sobre a dinâmica das geleiras da parte setentrional da Península Antártica. Em termos de supressão do speckle, todos os métodos produziram resultados positivos. No entanto, a dupla filtragem não preservou as bordas das fendas, fundindo as feições. Dessa forma, produtos com dupla filtragem foram descartados da análise final. Em geral, as imagens com uma filtragem apresentam melhores resultados na extração de vetores de velocidade por algoritmos de correlação cruzada que as imagens originais. Assim, a cadeia de pré-processamento incluindo uma só filtragem foi escolhida para a extração de parâmetros dinâmicos de geleiras. Quando comparados com dados já publicados, os vetores de velocidade resultantes da análise mostram um ligeiro aumento na velocidade das geleiras da área de estudo entre 2001 e 2005. / Speckle is a characteristic random noise from coherent imaging systems like synthetic aperture radar (SAR). Due to this noise, even areas with sharp features in continuous surfaces (e.g., crevasses on glaciers) will be characterized in SAR images by grainy texture and high variation in digital numbers. Therefore, the speckle must be reduced before SAR images can be used for measuring glacier velocity by image crosscorrelations algorithms. To solve this problem, four approaches based on adaptive filtering (i.e., Lee filter) were tested for data pre-processing prior to extracting the velocity fields from glaciers. The Lee filter was used in two ways: (i) one-pass and (ii) two-pass filtering. Furthermore, two parameters were used to explain the data variability: number of looks and standard deviation of the scene. Results evaluation was carrying out comparing the velocity vectors resulting from original and filtered images with published data on the dynamics of the glaciers in the northern part of the Antarctic Peninsula. In terms of speckle suppression, all approaches yielded positive results. However, the two-pass filter does not preserve the crevasses edges and the resulting images are not considered for the final result comparison. In general, images processed with one-pass filter showed better results for extraction of velocity vectors with the cross-correlation algorithm than the original ones, and were accepted for an automatic processing chain to derive dynamic parameters of glaciers. Furthermore, resulting velocity vectors agree with published data and show a slight increase in velocity between 2001 and 2005.

Made available in DSpace on 2015-03-26T13:53:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1808310 bytes, checksum: ca499fceff48952d8454c181384108c7 (MD5) Previous issue date: 2008-07-30 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Petroleum is the main source of fuel, and the operations of exploration, transportation, refining and distribution are potential sources of environmental pollution. In contaminated environments, the degradation of PAHs (Polycyclic Aromatic Hydrocarbons) depends on climatic factors, soil and microbial population. This study aimed to assess the potential for degradation of naphthalene, phenanthrene and benzo (a) pyrene hydrocarbons in different soils and sediments from coastal regions, both tropical and polar (Antarctica). The samples were collected in three regions, and (1) main island in the archipelago of Fernando de Noronha, (2) in the Prado coast, in southern Bahia, and (3) Islands in the South Shetlands archipelago, Antarctica. After obtaining samples of TFSA (Earth Thin Air Dried), the soils were submitted to physical and chemical analysis, and experiments were set to evaluate the degradation through respirometry, and tested the PAHs naphthalene, phenanthrene and benzo (a) pyrene. Most degradation of naphthalene was observed in soil contaminated by oil derived from oil, in Fildes (Antarctica), which was attributed to the selection of microbial populations in the efficient use of HC. The rates of degradation of phenanthrene and benzo (a) pyrene were lesser in comparison to naphthalene, which have lower molecular weight and greater solubility. The results of this study suggest that the microorganisms present in these soils, wherever there was no impact of oil spill, were not able to efficiently degrade the oil naphthalene, phenanthrene and benzo (a) pyrene, in experimental conditions tested. That would, after selection, the use of these microorganisms (adapted), the remediation of contaminants soluble in other similar areas of Antarctica. The differences between the rates of degradation of hidrocarbons relate to the levels of TOC (Total Organic Carbon) and TN (Total Nitrogen) soil of local noncontaminated. / O petróleo representa a principal fonte de combustível da humanidade, e as operações de exploração, transporte, refino e distribuição representam fontes potenciais de poluição ambiental. Em ambientes contaminados, a degradação dos HPAs (Hidrocarbonetos Policíclicos Aromáticos) depende de fatores climáticos, dos tipos de solo e das populações microbianas presentes. O presente trabalho teve por objetivo avaliar o potencial de degradação dos hidrocarbonetos naftaleno, fenantreno e benzo(a)pireno em diferentes solos e sedimentos provenientes de regiões costeiras, oceânicas tropicais e polares (Antárticas). As amostras foram coletadas em três regiões, sendo (1) na ilha principal do Arquipélago de Fernando de Noronha, (2) no litoral do Prado, no sul da Bahia, e (3) nas Ilhas do Arquipélago Shetlands do Sul, Antártica. Após a obtenção das amostras de TFSA (Terra Fina Seca ao Ar), os solos foram submetidos a análises químicas e físicas, e foram montados experimentos de degradação através de respirometria, sendo testados os HPAs naftaleno, fenantreno e benzo(a)pireno. A maior degradação de naftaleno foi observada em solo contaminado por hidrocarbonetos derivados de petróleo, em Fildes (Antártica), a qual foi atribuída à seleção de populações microbianas eficientes na utilização desse HC. A maior degradação do fenantreno e do benzo(a)pireno nos solos do Brasil ocorreu na area P5 (Manguezal de Cumuruxatiba), sendo neste caso atribuído à maior disponibilidade de nutrientes. As taxas de degradação de fenantreno e benzo(a)pireno foram menores em comparação do que a do naftaleno, que possui menor peso molecular e maior solubilidade. Os resultados deste trabalho demostram que os microrganismos presentes nos solos em estudo, onde não houve impacto conhecido de derramamento de óleo, não foram capazes de degradar eficientemente os hidrocarbonetos naftaleno, fenantreno e benzo(a)pireno, nas condições experimentais testadas. Nestes ambientes, as diferenças entre as taxas de degradação dos hidrocarbonetos se relacionam com os teores de COT (Carbono Orgânico Total) e NT (Nitrogênio Total).

Made available in DSpace on 2015-03-26T13:53:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1122927 bytes, checksum: 0229f78f7512513c1902725f38feb1c1 (MD5) Previous issue date: 2010-12-03 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / There are few studies on quality, quantity and dynamics of organic matter in Antarctic terrestrial ecosystems. These ecosystems are restricted to ice-free areas which represent only 2% of the continent total area. The Maritime Antarctic region has the highest values of temperature and precipitation across the whole continent, promoting primary production, pedogenesis and biological activity. This study aimed at evaluating the potential of C-CO2 emission on soils of these environments in relation to the global warming. For this soil samples were collected at seven different points of King George Island. Five of them where on the Keller Peninsula (P1, P2, P3, P4 and P5) and two on the west coast of Admiralty Bay, on a place called Arctowski (P6 and P7). Two of these soils are originated from basalt and andesite (P1 and P2) and three are affected by sulfides (P3, P4 and P5). The last two have a strong ornitogenic influence (P6 and P7). The samples were collected at two different depths, 0 to 10 cm (0-10) and 10-20 cm (10-20). The contents of total organic C and N (TOC and TN) and their levels in different fractions of humic substances (HSs) were analyzed. In addition, the mineralization rates of these nutrients were evaluated in four different temperatures (2, 5, 8 and 11 ° C). All these data were led to the modeling process. The Century model was used to model the future stocks of C and N considering the context of global warming possibilities. The contents of TOC and NT on ornitogenic soils were the highest: P6 (0-10), TOC= 40.14 g/kg and NT = 3.73 g/kg, P6 (10-20), TOC = 30.85 g/kg and NT = 2.54 g/kg; P7 (0-10), TOC = 43.15 g/kg and NT = 5.22 g/kg; P7 (10-20), TOC = 31.56 g/kg and NT = 3.57 g/kg. Beside, these soils had the lowest C/N ratio. Soils P1 and P2 showed the lowest levels of TOC and TN and the highest C/N ratio due to the low content of NT. Intermediate values were found on soils P3, P4 and P5. At all sites, most of the TOC and TN were on the humin fraction (FH). The mineralization of organic matter, measured through soil C-CO2 emission, assumed distinct behavior at both studied depths. Only at the 0 to 10 cm depth, continuous growth was observed with the temperature. At the depth of 10 to 20 cm, the mineralization was greater with temperature up to 8ºC, but at the temperature of 11°C the mineralization decreased. Probably it happens because the microorganisms of this environment were not adapted to these temperatures, unusual at this depth in Antarctic environments. Soils with higher emission sensitivity related to the temperature variation from 2 to 11ºC were ormitogenic, with an increase of 102% and 61% in the flow of C- CO2 for the samples P6 (0-10) and P7 (0-10), respectively. These results were used to the modeling process. Literature data were also used to feed the model, but no consistent data could be used due to the lack of essential data (plants physiology and contribution of animal waste to each environment). Therefore it is expected that the studied soils, specially ornitogenic, due to the high content of organic matter, exert an important role in the emission of C-CO2 if the global warming is confirmed. These environments would become gas emitters instead accumulators, further contributing to increase the global temperature. / Existem poucos estudos sobre a qualidade, quantidade e dinâmica da matéria orgânica nos ecossistemas terrestres da Antártica, que se restringem às áreas livres de gelo que representam somente 2% da área total do continente. A região da Antártica Marítima apresenta os maiores valores de temperatura e precipitação de todo o continente, favorecendo a produção primária, a pedogênese e a atividade biológica. O objetivo deste estudo foi avaliar o potencial de emissão de C-CO2 do solo nestes ambientes, com vistas ao quadro de aquecimento global. Para isto foram coletadas amostras de solos em sete diferentes pontos da Ilha Rei George, sendo cinco deles na Península Keller (P1, P2, P3, P4 e P5) e dois na Costa Oeste da Baía do Almirantado, em local denominado Arctowski (P6 e P7). Dois destes solos são originários de basaltos e andesitos (P1 e P2), três deles são afetados por sulfetos (P3, P4 e P5) e os outros dois têm forte influência ornitogênica (P6 e P7). As amostras foram coletadas a duas profundidades distintas, 0 a 10 cm (0-10) e 10 a 20 cm (10-20). Foram analisados os teores de C e N orgânico total (COT e NT), seus teores nas diferentes frações das substâncias húmicas (SHs), avaliadas as taxas de mineralização destes nutrientes a quatro temperaturas distintas, 2, 5, 8 e 11 ºC e conduzida a modelagem dos estoques futuros de C e N, utilizando-se o modelo Century, considerando-se o possível quadro de aquecimento global. Os teores de COT e o NT nos solos de influência ornitogênica foram os mais altos: P6(0-10), COT=40,14 g/kg e NT=3,73 g/kg; P6(10-20), COT=30,85 g/kg e NT=2,54 g/kg; P7(0-10), COT=43,15 g/kg e NT=5,22 g/kg; P7(10-20), COT =31,56 g/kg e NT =3,57 g/kg. Além disso, estes solos apresentaram a menor relação C/N. Os solos P1 e P2 apresentaram os menores teores de COT e NT e as relações C/N mais altas, devido ao baixo conteúdo de T. Nos solos P3, P4 e P5, os valores encontrados foram intermediários. Em todos os locais, a maior parte do COT e NT está na fração humina (FH). A mineralização da matéria orgânica, avaliada via emissão de C-CO2 dos solos, assumiu comportamento distinto nas duas profundidades estudadas, tendo crescimento contínuo com a temperatura somente na profundidade de 0 a 10 cm. Já na profundidade de 10 a 20 cm, a mineralização foi maior com a temperatura até 8 ºC, mas na temperatura de 11ºC houve decréscimo, talvez pelo fato de os microrganismos deste ambiente não serem adaptados a tais temperaturas, pouco comuns nessa profundidade em ambientes da Antártica. Os solos que apresentaram maior sensibilidade da emissão à variação da temperatura de 2 para 11ºC foram os organossolos, com aumento de 102% e 61% no fluxo de C-CO2 para as amostras P6(0-10) e P7(0-10), respectivamente. Os resultados encontrados foram utilizados para alimentar o modelo, juntamente com dados da literatura, porém não se conseguiu dados consistentes, devido à lacuna de dados essenciais, como relativos à fisiologia dos vegetais e à caracterização e quantificação do aporte de resíduos animais em cada ambiente. Diante dos resultados encontrados, espera-se que os solos estudados, principalmente os ornitogênicos, devido ao alto teor de matéria orgânica, exerçam importante papel na emissão de C-CO2 caso o quadro de aquecimento global se confirme, tais ambientes passariam de acumuladores para emissores desse gás, contribuindo ainda mais para o aumento da temperatura do planeta.

Made available in DSpace on 2015-03-26T13:53:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1619927 bytes, checksum: 2e509eb4db50391173d4bb2ac58780ae (MD5) Previous issue date: 2011-05-30 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Antarctic sea, the higher humidity, light and temperature favor the process of hydrolysis of minerals and leaching of bases, in addition to colonization by denser vegetation cover and various activities and a greater presence of birds, resulting in physical and chemical changes of soil known distinct from most of the continent. Studies seeking to understand the processes and the relationships between pedogenetic soil and ecosystems are scarce, especially in the volcanic islands of the Archipelago South Schetlands. This study aimed to broadly examine the chemical and physical characteristics of the volcanic soils of different ages and the influence of soil formation in ornithogenic recent volcanic island of Deception and Penguin. Specifically, the study characterized the chemical, physical and mineralogical to study soil processes that operate in regions of recent volcanism in the Antatctic and its influence on terrestrial. We collected five soil profiles on Deception Island and three on Penguin Island during the summer of 2008. The soils were classified as Cryossols and Leptosols (WRB) and Gelisols and Inceptsols (Soil Taxonomy).Invariably the soil samples had high amounts of gravel and low clay. Soils are developing with incipient distinction between horizons, keeping a strong relationship with the source material. From a chemical standpoint are eutrophic soils with high pH values, except the profile P3 of Penguin Island which showed lower values of the other profiles. The values of P extracted by Mehlich-1 are low forthe profiles without influence of seabirds It became evident the influence of the source material in the chemical composition of soils. Analyses of X-rays showed a mineralogical assemblage composed mainly of plagioclase, potassium feldspar, and pyroxene in addition to smectite clay soil. The presence of primary minerals in the clay fraction shows strong physical weathering and incipient chemical change. According to chemical extractions and values Feo, Alo and Sio was evident in the presence of allophane profiles of Penguin Island, Deception Island while also exists in the presence of some crystalline minerals, but in smaller proportions. Unlike the soils in areas of influence of birds in other parts of Antarctica, the profiles analyzed showed no evidence of phosphate, however, it is clear the influence of seabirds in the development of vegetation, accumulation of organic matter and development of soil fauna. / Na Antártica marítima, a maior umidade, luminosidade e temperatura favorecem os processos de hidrólise dos minerais e lixiviação de bases, além da colonização por coberturas vegetais mais densas e diversas e maior presença de atividades de aves, resultando em alterações físico-químicas dos solos reconhecidamente distintas da maior parte do continente. Estudos que buscam compreender os processos pedogenéticos e as relações entre solo e ecossistemas são escassos, sobretudo nas ilhas vulcânicas do Arquipélago Schetlands do Sul. O presente estudo objetivou de forma geral estudar as características químicas e físicas dos solos vulcânicos de diferentes idades e verificar a influência da ornitogênese na formação de solos vulcânicos recentes das ilhas Deception e Penguin. Especificamente o trabalho caracterizou os aspectos químicos, físicos e mineralógicos a fim de estudar os processos pedológicos que operam em regiões de vulcanismo recente na Antártica e sua influência nos ecossistemas terrestres. Foram coletados cinco perfis de solo na Ilha Deception e três na Ilha Penguin durante o verão de 2008. Os solos estudados foram classificados como Cryosols e Leptosols (WRB) e Gelisols e Inceptsols (Soil Taxonomy). Invariavelmente os perfis estudados apresentaram altos valores de cascalho e baixos teores de argila. São solos com desenvolvimento incipiente com fraca distinção entre horizontes, guardando forte relação com o material de origem. Do ponto de vista químico são solos eutróficos com valores de pH elevados, exceto o perfil P3 da ilha Penguin que apresentou valores mais baixos dos demais perfis. Os valores de P extraído por Mehlich-1 são baixos para os perfis sem influencia ornitogênica, ficando evidente a influencia do material de origem na composição química dos solos. As análises de Raios-X mostraram uma assembleia mineralógica composta basicamente por plagioclásios, feldspatos potássicos, piroxênio além de esmectita na fração argila dos solos. A presença de minerais primários na fração argila indica forte intemperismo físico e incipiente alteração química. De acordo com as extrações químicas e com os valores de Feo, Alo e Sio ficou evidente a presença de alofana nos perfis da ilha Penguin, enquanto na ilha Deception também existe a presença de minerais pouco cristalinos, mas em menores proporções. Diferentemente dos solos estudados em áreas de influencia de aves em outras partes da Antártica, os perfis analisados não apresentaram indícios de fosfatização, no entanto, é evidente a influencia da avifauna no desenvolvimento da cobertura vegetal, acúmulo de matéria orgânica e desenvolvimento da fauna do solo.