Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Instituto de Geociências, Programa de Pós-Graduação em Geologia, 2018. / Submitted by Fabiana Santos (fabianacamargo@bce.unb.br) on 2018-08-31T20:55:58Z No. of bitstreams: 1 2018_RicardoLimaFigueira.pdf: 3169928 bytes, checksum: d4745ab98084aeea295c67029ab59a45 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2018-09-10T21:17:01Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2018_RicardoLimaFigueira.pdf: 3169928 bytes, checksum: d4745ab98084aeea295c67029ab59a45 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-09-10T21:17:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2018_RicardoLimaFigueira.pdf: 3169928 bytes, checksum: d4745ab98084aeea295c67029ab59a45 (MD5) Previous issue date: 2018-08-31 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES). / Dissolução de carbonatos, evaporitos, arenitos e formações ferríferas bandadas (FFB) a partir da sua exposição ao intemperismo e a variação do lençol freático, num processo que pode levar milhões de anos, podem proporcionar a formação de cavernas e desenvolver espeleotemas. Essas estruturas são depósitos de minerais secundários, formados por precipitação de soluções aquosas, a partir da dissolução de mineral primário solúvel e/ou com aporte externo de substâncias como guano. Em algumas cavernas, os espeleotemas podem ser de sulfatos e fosfatos. Estes, geralmente, são encontrados em complexos graníticos pegmatíticos e em gossans, normalmente derivados do intemperismo de sulfetos, e em solos com acúmulo de guano de aves ou mais raramente em cavernas. Nas cavernas da Amazônia oriental (Carajás), mais precisamente na região da Serra Norte, há cavernas desenvolvidas em consequência do intemperismo da FFB que gerou crostas lateríticas ferro-aluminosas. Nelas ocorrem espeleotemas associados a guano de morcego. Com o objetivo de determinar as condições físico-químicas em que 14 amostras de espeleotemas de sulfato e fosfato em dez cavernas espeleotemas foram desenvolvidos, além de investigar as características mineralógicas, cristalográficas e químicas dessas estruturas ainda não estudas na Amazônia Oriental (Carajás). Foram utilizadas as técnicas analíticas de difratometria de raios-X pelo método de Rietveld, microscopia eletrônica de varredura, microssonda eletrônica, espectroscopia raman, infravermelho, termogravimetria e möusbauer, além das análises química do guano. Além da caracterização, foram determinadas as condições físico-químicas em que os espeleotemas foram desenvolvidos. Esses dados possibilitam um entendimento mais amplo acerca das condições paleoambientais no desenvolvimento dos espeleotemas. Os espeleotemas são do tipo coraloide e estalactite, compostos de aluminita, basaluminita, jarosita, esfeniscidita, fosfosiderita e estrengita. Esses minerais se formaram pela interação química entre o guano e a crosta laterítica que constitui o teto, piso e parede das cavernas em condições ácidas. / Dissolution of carbonates, evaporites, sandstones and banded iron ferruginous (BIF’s) from their exposure to weathering and the variation of the water table, in a process that can take millions of years, can provide the formation of caves and develop speleothems. These structures are deposits of secondary minerals, formed by precipitation of aqueous solutions, from the dissolution of soluble primary mineral and or with external supply of substances such as guano. In some caves speleothems may be sulfates and phosphates. These are generally found in pegmatitic granitic complexes and gossans, usually derived from the weathering of sulfides, and in soils with guano accumulation of birds or more rarely in caves. In the caves of Eastern Amazon (Carajás), more precisely in the Serra Norte region, there are caves developed as a consequence of the weathering of the BIF’s that generated ferrous-alumina laterite crusts. There are speleothems associated with bat guano. In order to determine the physico-chemical conditions in which 14 samples of speleothems of sulfate and phosphate in ten caves speleothems were developed, besides investigating the mineralogical, crystallographic and chemical characteristics of these structures not yet studied in the Eastern Amazon (Carajás). They were investigated using X-ray diffractometry by the Rietveld method, scanning electron microscopy, electron microprobe, spectroscopy raman, infrared, thermogravimetry and möusbauer, as well as the chemical analysis of guano. Besides the characterization, the physical-chemical conditions in which the speleothems were developed were determined. These data enable a broader understanding of paleoenvironmental conditions in the development of speleothems. The speleothems are of the coraloid and stalactite type, composed of aluminite, basaluminite, jarosite, spheniscidite, phosphosiderite and strengite. These minerals were formed by the chemical interaction between the guano and the lateritic crust that constitute the ceiling, floor and wall of the caves under acidic conditions.

Estalagmites provenientes das cavernas Santana e Botuverá, situadas respectivamente nos estados de São Paulo e Santa Catarina, foram utilizados, no presente trabalho, para estudo de variações paleoclimáticas ocorridas no Quaternário Tardio. A pesquisa fundamentou-se em registros contínuos dos últimos 110 mil anos AP, das razões de isótopos estáveis de oxigênio e carbono, razões Mg/Ca, intensidade de fluorescência de calcita, juntamente com dados da taxa de crescimento e da microestratigrafia de estalagmites. O estudo contou com monitoramento das razões isotópicas do oxigênio e deutério, além da intensidade de fluorescência (IF) e concentração de carbono orgânico dissolvido (COD) em águas do solo e gotejamentos, por aproximadamente dois anos, na área da caverna Santana. Os resultados obtidos demonstram variações temporais quase sincrônicas de \'\'delta\' POT. 18\'O, \'delta\'D e DOC desde pontos de coleta no solo até diferentes gotejamentos na caverna, o que indica eficiente conexão hidráulica entre gotejamentos com vazões muito diferentes. Os dados de \'\'delta\' POT. 18\'O e \'delta\'D das águas subterrâneas são coerentes com a linha de água meteórica local e mostram relação com mudanças do regime pluviométrico, sendo que as razões mais positivas ocorrem durante períodos de chuvas mais intensas e melhor distribuídas. Já variações de IF foram relacionadas a oscilações da temperatura média local observada principalmente entre os meses de inverno e verão. Ambas cavernas estudadas apresentaram condições ambientais ideais para deposição atual de espeleotemas em equilíbrio isotópico com a água que os formou. Condições de equilíbrio também são comprovadas pela semelhança na composição isotópica entre gotejamentos e águas represadas em travertinos na caverna. No entanto, diferenças nos valores de \'\'delta\' POT. 18\'O medidos em diferentes tipos de espeleotemas recentes, mostram que o sinal climático destas formações deve ser apenas utilizado em termos relativos. Perfis realizados ao longo do eixo de crescimento de duas estalagmites precisamente datadas pelo método U/Th, revelaram significativas variações de \'\'delta\' POT. 18\'O e \'\'delta\' POT. 13\'C nos últimos 110 mil anos AP. Estes dados apresentaram ciclicidade consistente com os ciclos de insolação de precessão e obliqüidade, cuja periodicidade é de aproximadamente 23 e 41 mil anos, respectivamente. Variações de \'\'delta\' POT. 18\'O nestes perfis são associados às variações de pluviosidade, seguindo o resultado obtido através do monitoramento da dinâmica atual. A notável correlação entre os registros de São Paulo e Santa Catarina e destes com registros geoquímicos em testemunhos de gelo das regiões polares indicam que as relações da composição isotópica com variações de pluviosidade são consistentes no passado e apontam um sistema meteorológico nas regiões sul e sudeste do Brasil que reflete a variação global da circulação atmosférica. A comparação entre as tendências de \'\'delta\' POT. 18\'O e de \'\'delta\' POT. 13\'C-TC permitiu sugerir mudanças climáticas em que nem sempre variações de temperaturas são coincidentes com mudanças de umidade. A combinação destes dados com as razões Mg/Ca indica importantes contrastes paleoambientais entre os períodos glacial e interglacial, caracterizado por aumento geral da temperatura a partir de 18 mil anos AP e estabilização das condições climáticas a partir dos últimos 8 mil anos AP. / Stalagmites from the Santana and Botuverá caves, located respectively in Sâo Paulo and Santa Catarina States were used to study paleoclimate changes during the Late Quaternary. This research is based on continuous records of oxygen and carbon stable isotopes, Mg/Ca ratios, calcite fluorescence intensity, growth rates and microstratigraphy for the last 110,000 years BP. Monitoring of the present-day isotopic ratios of oxygen and deuterium, as well as the fluorescence intensity (FI) and dissolved organic carbon concentration (DOC) was performed during almost two years for rain, soil and seepage waters in the Santana cave area providing references for paleoclimatic interpretations. The synchronic temporal variations of \'\'delta\' POT. 18\'O, \'delta\'D and DOC for soil water and different sampling sites in the cave with contrasting drip-water discharges indicate a very effective hydraulic connection between seepage flow routes. \'\'delta\' POT. 18\'O and \'delta\'D values of groundwater fall on the meteoric water line and show variations related to the rainfall regime, where heavier ratios occur during more intense and well-distributed events. On the other hand, FI variations were related to differences in the mean temperature between winter and summer. Both studied caves revealed ideal environmental conditions for deposition of modern calcite in isotopic equilibrium with their parental water. Such conditions were confirmed by the very similar isotopic composition of drip and travertine pool waters. However, variations of \'\'delta\' POT. 18\'O values between different kinds of speleothems indicate that the climatic signal of these formations should be considered only in relative terms. Profiles of \'\'delta\' POT. 18\'O and \'\'delta\' POT. 13\'C along the growth axis of calcite stalagmites precisely dated by the U/Th method, show significant variations during the last 110,000 years BP. These data exhibit a cyclic variation which is coherent with the solar precession and obliquity forcing, whose periodicity is approximately 23 and 41 thousands years, respectively. Variations of \'\'delta\' POT. 18\'O along these profiles are here interpreted as related to changes in rainfall amount, following the results of the present-day monitoring. The remarkable correlation between the isotopic records obtained for São Paulo and Santa Catarina sites and geochemical ice-core records from polar areas indicate that the rainfall-\'\'delta\' POT. 18\'O relationship is consistent for the past climate and point out a regional meteorological system reflecting variations of the global atmospheric circulation. The comparisons between \'\'delta\' POT. 18\'O, \'\'delta\' POT. 13\'C-TC trends suggested climatic changes in which variations in temperature are not necessarily coincident with changes in moisture. The combined isotopic, TC and Mg/Ca ratios indicate relevant paleoenvironmental contrasts between glacial and interglacial periods, characterized by a general increment in temperature after 18,000 years BP, reaching more stable climatic conditions after 8,000 years.

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El presente trabajo consta de: petrografía de espeleotemas, análisis de isótopos estables, datación mediante OSL y observaciones de campo (rasgos de paleokarst y descripción de los depósitos detríticos). Los datos aportados han permitido conocer la entrada original de la cavidad, desarrollando la hipótesis de la existencia de un nivel superior cercano a la superficie actual y que se halla colmatado. Este nivel, se comunica mediante una diaclasa con la cueva actual. La morfología de esta diaclasa ha permitido la entrada de luz a esta zona, además de hallar presencia constante de agua, mediante la localización de travertino. Con las dataciones que hemos realizado, redefinen mejor la morfología de la diaclasa y la propia cueva situando el cierre de la cavidad en esa zona en 120 ka aproximadamente. Ello permite reconocer los lugares de ocupación prehistóricos a partir de la morfología original y las futuras áreas de intervención arqueológica. / This work consists of: Petrography of speleothems, stable isotope analysis, dating by OSL and field observations (paleokarst features and description of the detrital deposits). The data provided have shed the original entrance to the cavity, developing the hypothesis of the existence of a higher level near the surface and which is now clogged. This level is communicated through the cave as a joint present. The morphology of these joints has allowed the entry of light into this area, in addition to finding the constant presence of water by the location of travertine. With dating we have made better redefine the morphology of the joints and the cave itself by placing the closure of the cavity in the area at approximately 120 ka. This allows us to recognize prehistoric occupation sites from the original morphology and future areas of archaeological excavations.

Estalagmites provenientes das cavernas Santana e Botuverá, situadas respectivamente nos estados de São Paulo e Santa Catarina, foram utilizados, no presente trabalho, para estudo de variações paleoclimáticas ocorridas no Quaternário Tardio. A pesquisa fundamentou-se em registros contínuos dos últimos 110 mil anos AP, das razões de isótopos estáveis de oxigênio e carbono, razões Mg/Ca, intensidade de fluorescência de calcita, juntamente com dados da taxa de crescimento e da microestratigrafia de estalagmites. O estudo contou com monitoramento das razões isotópicas do oxigênio e deutério, além da intensidade de fluorescência (IF) e concentração de carbono orgânico dissolvido (COD) em águas do solo e gotejamentos, por aproximadamente dois anos, na área da caverna Santana. Os resultados obtidos demonstram variações temporais quase sincrônicas de \'\'delta\' POT. 18\'O, \'delta\'D e DOC desde pontos de coleta no solo até diferentes gotejamentos na caverna, o que indica eficiente conexão hidráulica entre gotejamentos com vazões muito diferentes. Os dados de \'\'delta\' POT. 18\'O e \'delta\'D das águas subterrâneas são coerentes com a linha de água meteórica local e mostram relação com mudanças do regime pluviométrico, sendo que as razões mais positivas ocorrem durante períodos de chuvas mais intensas e melhor distribuídas. Já variações de IF foram relacionadas a oscilações da temperatura média local observada principalmente entre os meses de inverno e verão. Ambas cavernas estudadas apresentaram condições ambientais ideais para deposição atual de espeleotemas em equilíbrio isotópico com a água que os formou. Condições de equilíbrio também são comprovadas pela semelhança na composição isotópica entre gotejamentos e águas represadas em travertinos na caverna. No entanto, diferenças nos valores de \'\'delta\' POT. 18\'O medidos em diferentes tipos de espeleotemas recentes, mostram que o sinal climático destas formações deve ser apenas utilizado em termos relativos. Perfis realizados ao longo do eixo de crescimento de duas estalagmites precisamente datadas pelo método U/Th, revelaram significativas variações de \'\'delta\' POT. 18\'O e \'\'delta\' POT. 13\'C nos últimos 110 mil anos AP. Estes dados apresentaram ciclicidade consistente com os ciclos de insolação de precessão e obliqüidade, cuja periodicidade é de aproximadamente 23 e 41 mil anos, respectivamente. Variações de \'\'delta\' POT. 18\'O nestes perfis são associados às variações de pluviosidade, seguindo o resultado obtido através do monitoramento da dinâmica atual. A notável correlação entre os registros de São Paulo e Santa Catarina e destes com registros geoquímicos em testemunhos de gelo das regiões polares indicam que as relações da composição isotópica com variações de pluviosidade são consistentes no passado e apontam um sistema meteorológico nas regiões sul e sudeste do Brasil que reflete a variação global da circulação atmosférica. A comparação entre as tendências de \'\'delta\' POT. 18\'O e de \'\'delta\' POT. 13\'C-TC permitiu sugerir mudanças climáticas em que nem sempre variações de temperaturas são coincidentes com mudanças de umidade. A combinação destes dados com as razões Mg/Ca indica importantes contrastes paleoambientais entre os períodos glacial e interglacial, caracterizado por aumento geral da temperatura a partir de 18 mil anos AP e estabilização das condições climáticas a partir dos últimos 8 mil anos AP. / Stalagmites from the Santana and Botuverá caves, located respectively in Sâo Paulo and Santa Catarina States were used to study paleoclimate changes during the Late Quaternary. This research is based on continuous records of oxygen and carbon stable isotopes, Mg/Ca ratios, calcite fluorescence intensity, growth rates and microstratigraphy for the last 110,000 years BP. Monitoring of the present-day isotopic ratios of oxygen and deuterium, as well as the fluorescence intensity (FI) and dissolved organic carbon concentration (DOC) was performed during almost two years for rain, soil and seepage waters in the Santana cave area providing references for paleoclimatic interpretations. The synchronic temporal variations of \'\'delta\' POT. 18\'O, \'delta\'D and DOC for soil water and different sampling sites in the cave with contrasting drip-water discharges indicate a very effective hydraulic connection between seepage flow routes. \'\'delta\' POT. 18\'O and \'delta\'D values of groundwater fall on the meteoric water line and show variations related to the rainfall regime, where heavier ratios occur during more intense and well-distributed events. On the other hand, FI variations were related to differences in the mean temperature between winter and summer. Both studied caves revealed ideal environmental conditions for deposition of modern calcite in isotopic equilibrium with their parental water. Such conditions were confirmed by the very similar isotopic composition of drip and travertine pool waters. However, variations of \'\'delta\' POT. 18\'O values between different kinds of speleothems indicate that the climatic signal of these formations should be considered only in relative terms. Profiles of \'\'delta\' POT. 18\'O and \'\'delta\' POT. 13\'C along the growth axis of calcite stalagmites precisely dated by the U/Th method, show significant variations during the last 110,000 years BP. These data exhibit a cyclic variation which is coherent with the solar precession and obliquity forcing, whose periodicity is approximately 23 and 41 thousands years, respectively. Variations of \'\'delta\' POT. 18\'O along these profiles are here interpreted as related to changes in rainfall amount, following the results of the present-day monitoring. The remarkable correlation between the isotopic records obtained for São Paulo and Santa Catarina sites and geochemical ice-core records from polar areas indicate that the rainfall-\'\'delta\' POT. 18\'O relationship is consistent for the past climate and point out a regional meteorological system reflecting variations of the global atmospheric circulation. The comparisons between \'\'delta\' POT. 18\'O, \'\'delta\' POT. 13\'C-TC trends suggested climatic changes in which variations in temperature are not necessarily coincident with changes in moisture. The combined isotopic, TC and Mg/Ca ratios indicate relevant paleoenvironmental contrasts between glacial and interglacial periods, characterized by a general increment in temperature after 18,000 years BP, reaching more stable climatic conditions after 8,000 years.

Estudos paleoclimáticos com base em registros isotópicos em espeleotemas apontam para um forte controle da insolação e das variações da circulação oceânica sob o transporte de umidade pela Zona de Convergência do Atlântico Sul, com grande impacto sobre a distribuição de chuvas na região do Brasil central. No entanto, pouco se sabe sobre as mudanças paleoclimáticas em áreas diretamente afetadas pela Zona de Convergência do Atlântico Sul (ZCAS). De fato, reconstituições paleoclimáticas de alta resolução na América do Sul, relacionadas a variações do regime hidrológico limitam-se a regiões localizadas na borda do Sistema de Monções Sul-americano (SMSA), próximos às zonas costeiras e junto às regiões dos Altiplanos bolivianos e Amazônia peruana. Esta tese apresenta uma contribuição ao estudo paleoclimático do Sistema de monção Sul-americana a partir da reconstituição da paleoprecipitação do Brasil central com base em registros isotópicos de \'\'delta\' POT.18\'O em estalagmites da região norte de Minas Gerais, precisamente datas pelo método U-Th. As estalagmites analisadas foram coletadas nas cavernas Lapa Grande, Lapa dos Anjos e Lapa Sem Fim. A reconstituição paleoclimática abrange a maior parte dos últimos 85 mil anos. Além disso, foram realizados estudos de monitoramento geoquímico-isotópico nas cavernas Lapa Sem Fim e Lapa dos Anjos com objetivo de aumentar a confiabilidade das interpretações paleoclimáticas e paleoambientais dos registros isotópicos de espeleotemas. O monitoramento isotópico envolveu a análise comparativa dos valores de \'\'delta\' POT.18\'O\'\' da água da chuva com o das soluções de gotejamento de estalactites e de amostras de carbonato depositada em vidros de relógio posicionado abaixo dos gotejamentos. Avaliações sistemáticas do fator de fracionamento isotópico realizadas com bases nos dados de \'\'delta\' POt.18\'O dos gotejamentos e do carbonato precipitado indicam que a composição isotópica \'\'delta\' POT.18\'O da calcita depositada em estalagmites é, em parte, controlada por efeitos de fracionamento cinéticos. As variações do fator de fracionamento tem relação com alterações das taxas de degaseificação, por sua vez, controladas por oscilações da concentração de CO 2 da atmosfera da caverna. Apesar das variações observadas no fator de fracionamento isotópico, variações sazonais e interanuais do \'\'delta\' POT.18\'O dos gotejamentos encontram boa correspondência com o \'\'delta\' POT.18\'O medido nos carbonatos dos vidros de relógio. Na escala de tempo orbital, as flutuações climáticas registradas no centro-leste do Brasil apresentam um acoplamento parcial com a forçante de insolação. Ao longo dos últimos 85 mil anos, a relação entre a paleoprecipitação registrada a partir dos dados de \'\'delta\' POT.18\'O de espeleotemas da área de estudo e a curva de insolação é restrita ao intervalo entre 60 e 85 mil anos AP. A fraca relação entre a paleoprecipitação e a forçante de insolação registrado na região centro-leste do Brasil é discutida no contexto de uma provável influência das condições de contorno do clima no período glacial e a relação com a intensidade e posição da ZCAS. Na escala de tempo milenar, foi analisada a variabilidade do sistema de monções na porção leste da ZCAS e a sua relação com oscilações climáticas de escala milenar registradas nas regiões de altas latitudes do Hemisfério Norte durante o último período glacial. Particularmente, durante o Estagio Marinho Isotópico 3 variações na intensidade das monções na região da ZCAS mimetizam as oscilações abruptas de temperatura determinadas pelas transições entre os eventos estadiais (frios) e interestadiais (quentes) registrados na estratigrafia isotópica de \'\'delta\' POT.18\'O dos testemunhos de gelo da Groenlândia. Por fim, foram discutidos eventos abruptos e de curta duração de aumento de chuvas identificados nos dados de alta resolução de \'\'delta\' POT.18\'O da estalagmite ao longo do último milênio. Os quais apresentaram boa relação com eventos de maior deposição de sulfetos de aerossóis vulcanogênicos registrados em testemunhos de gelo do Hemisfério Norte. Os resultados indicam uma alta suscetibilidade das chuvas de monções do Brasil central à ocorrência de erupções vulcânicas de grande magnitude. Estes eventos úmidos teriam sido impulsionados pelo deslocamento para sul da Zona de Convergência Intertropical, em resposta ao esfriamento da temperatura da superfície do mar do Atlântico norte, o que aumenta convergência de umidade na região sob o domínio do sistema de monção Sul-americano. / Paleoclimatic studies based on speleothem isotope records suggest that variation in insolation and ocean circulation plays an important role in controlling the moisture transport along the South Atlantic Convergence Zone (SACZ), causing important impacts for rainfall distribution over central Brazil. However, little is known about paleoclimate changes in regions directly affected by the SACZ close to its modern axis. Indeed, on South America, high resolution paleoclimate reconstructions related to changes in the hydrologic regime are concentrated in the border of monsoon system, near the coastal areas, in the Bolivian Altiplano and in the Peruvian Amazon Forest. This thesis presents a paleo-precipitation reconstruction for central-eastern Brazil using \'\'delta\' POT.18\'O time series from speleothems precisely dated by U-Th method. The speleothems used in this study were collected in three distinct caves located in northern Minas Gerais state: Lapa Sem Fim, Lapa dos Anjos and Lapa Grande. The paleo-precipitation reconstruction presented here covers most of the last 85 kyr. In addition isotopic monitoring program were performed at Lapa Sem Fim and Lapa dos Anjos cave sites in order to provide a better understanding of the paleoclimatic and paleoenvironmental information recorded in the speleothem stable isotope time series. The isotopic monitoring comprised the comparative analysis of \'\'delta\' POT.18\' O from rain water with those from cave dripwaters and also from samples of modern carbonate precipitated in watch glasses underneath dripping sites. Systematic evaluation of the isotopic fractionation factor based on \'\'delta\' POT.18\'O from the dripping water solution and from the carbonate recently deposited suggests that the \'\'delta\' POT.18\'O of calcite deposited in the stalagmites is, in part, controlled by kinetics isotopic effects. The fluctuations of the fractionation factors are related to seasonal changes in the degassing rate that are controlled by the oscillations in the atmospheric CO2 concentration of the monitored caves. Despite of the variations of the isotopic fractionation factor, seasonal and interannual variations of \'\'delta\' POT.18\'O recorded from drippings present good correspondence with \'\'delta\' POT.18\'O recorded in the carbonate from watch glasses. During the last 85 kyr BP monsoon precipitation reconstructed from the \'\'delta\' POT.18\'O speleothem records from central-eastern Brazil show a mismatch with the insolation precession curve, except for the interval between 60 and 85 kyr BP. The limited coupling observed between orbital forcing and monsoon precipitation over central-eastern Brazil is attributed to an additional forcing by the glacial boundary conditions that significantly influence the position and strength of the SACZ. It also was investigated the precipitation variability on the millennial time-scales during the last glacial period over the eastern portion of the South Atlantic Convergence Zone region. The present results indicated a strong association with climate events recorded at high latitude areas of North Hemisphere. Particularly during the Marine Isotope Stage 3, variations in the intensity of SACZ mimics abrupt oscillations pacing by the transitions of stadial (cold) and interstadial (warm) events recorded in the oxygen isotope stratigraphy of Greenland ice cores. During the last millennium, abrupt events of increase in monsoon precipitation recorded in the high resolution \'\'delta\' POT.18\'O record from Anjos1 stalagmite appear to be in good agreement with episodes of large volcanic eruptions and sulfate emissions occurred in the Northern Hemisphere. Indeed, the \'\'delta\' POT.18\'O results indicate a strong sensitivity of the South American monsoon system to large volcanic eruptions, because of radiative cooling of the Northern Hemisphere. As a result the Intertropical Convergence Zone is displaced southward, enhancing moisture influx into the South American monsoon domain.

A porção norte da região Nordeste do Brasil é uma das áreas mais interessantes para estudo dos mecanismos e processos relacionados à variação de pluviosidade dos trópicos, pois a maior parte da precipitação anual está associada à migração meridional da Zona de Convergência Intertropical do Atlântico (ZCIT). O clima no Nordeste sofreu alterações durante o Holoceno, no entanto, as interpretações paleoclimáticas são ainda muito controversas devido a pequena quantidade de estudos. De forma a contribuir para a discussão sobre mudanças paleoclimáticas e paleoambientais do Nordeste brasileiro, este estudo realizou análises geoquímicas, micropaleontológicas, biogeoquímica e de isótopos de deuterium e carbono em sedimentos lacustres e guano, e análises de isótopos de oxigênio e carbono em espeleotemas do Holoceno Médio e Tardio. Os estudos da Lagoa do Boqueirão sugeriram que sua formação ocorreu devido a dinâmica fluvio-eólica, que resultou em barramentos dos canais fluviais durante o período úmido do Holoceno. A transição entre o sistema fluvial e lacustre, que marca o barramento, foi definido em torno de 4.500 anos BP pela substituição de espículas de esponjas, tipicamente fluviais, pelas diatomáceas lacustres, predominantemente Mastogloia smithii var. lacustres. Foi demonstrado que a formação e as flutuações da profundidade da Lagoa do Boqueirão não estavam associadas a precipitação regional. As variações paleoclimáticas da Lagoa do Boqueirão e da Caverna do Trapiá puderam ser acessadas através dos dados de \'delta\'D em ácidos n-alcanóicos de 28 carbonos, produzidos por vegetação terrestre e macrófitas aquáticas, e dados de \'\'delta\'POT.18\'O dos espeleotemas. Valores mais positivos (negativos) desses isótopos indicaram que durante o MCA (LIA) a região apresentava condições de seca (umidade), devido ao posicionamento mais ao Norte (Sul) da ZCIT, que migrou em direção ao Hemisfério mais aquecido de acordo com a correlação observada com a Oscilação Multidecadal do Atlântico (OMA). A porção norte do NEB apresentou paleoclima diferente em relação ao da porção sul do NEB durante o LIA, que estava seco devido ao deslocamento da Zona de Convergência do Atlântico Sul (ZCAS) mais para sul, assim como a ZCIT, que não afetou a porção sul do NEB. Mudanças paleoambientais foram também definidas com base na idade de sequências sedimentares clásticas datadas por LOI e pelos depósitos de guano em condutos de cavernas em Felipe Guerra-RN. A deposição de sedimentos terrígenos na caverna Urubu entre 7 to 4 ky B.P. cave foi cronologicamente associada a clima mais úmido, o que é apoiado pelo baixos valores de \'\'delta\' POT.18\'O values de espeleotemas. Esse período também foi marcado pelo aumento da contribuição de de carbono orgânico do solo como indicado por valores mais baixos de \'\'delta\'POT.13\'C dos mesmos espeleotemas. Uma transição abrupta para clima mais seco pode está associada ao final da sedimentação clástica na caverna por volta de 4.2 ky devido a interrupção do fluxo do rio subterrâneo e completa erosão do solo ao redor da caverna. A erosão do solo é ressaltada por altos valores de \'\'delta\'POT.13\'C dos espeleotemas próximos aos da rocha encaixante (~0 %0). Estes resultados demonstraram uma relação entre preenchimento sedimentar da caverna Urubu com a formação e erosão de solo na sua volta. Esse aumento de aridez, particularmente nos últimos três mil anos na região, foi também importante para preservação de depósitos de guano sobre os sedimentos clásticos, visto que esse material é bastante solúvel. As idades das camadas de guano foram utilizadas para definir períodos de alta ocupação das cavernas por morcegos entre 1730 and 677 cal. anos A.P. e 200 cal anos A.P. até o recente. Durante o evento MCA houve redução na acumulação de guano que levou a um hiato deposicional por conta que o clima seco desfavoreceu a sobrevivência dos morcegos na região. A acumulação de guano voltou a ocorrer a 200 anos atrás, provavelmente porque a população de morcegos foi reestabelecida, devido a clima mais úmido. / The northern sector of Nordeste of Brazil (NEB) is one of the most interesting regions to study mechanisms and processes related to fluctuations tropical rainfall, as the majority of annual precipitation is associated to the meridional migration of Intertropical Convergence Zone (ITCZ). Climate in NEB changed during the Holocene, although paleoclimatic interpretations are still controversial due to small number of studies. This study contribute to the discussion about paleoclimatic and paleoenvironmental changes of NEB by using geochemistry, micropaleontological, biogeochemistry and deuterium and carbon isotope analyses in lacustrine sediments and bat guano, and also speleothem isotope records from middle to late Holocene. Studies from Boqueirão Lake suggested that its formation occurred due to the fluvio-eolian dynamic, which resulted in blockage of fluvial channels during the holocenic humid period. Transition between fluvial and lacustrine system recorded the barrage formation and was defined around 4,500 years BP and suggested by the substitution of fluvial sponge spicules to lacustrine diatoms, mainly Mastogloia smithii var. lacustres, preserved in sediments. These data demonstrated that depth fluctuations of Boqueirão Lake were not associated to local precipitation accumulation. Paleoclimatic changes were reconstructed from Boqueirão Lake and Trapiá Cave based on \'delta\'D of n-alkanoic acids of 28 carbons, which are produced by terrestrial vegetation and macrophytes, and from \'\'delta\'POT.18\'O of speleothems. More positive (negative) isotope ratios indicate persistent dry (wet) climatic conditions during the MCA (LIA) there, due to a north (south) displacement of ITCZ. This climate system migrated toward the warmest ocean according to the correlation with Atlantic Multidecal Oscillation (AMO). The northern portion of the NEB (nNEB) presented different paleoclimate conditions when compared to the southern NEB portion (sNEB) during the LIA. LIA in sNEB was dry due to the displacement of the South Atlantic Convergence Zone (SACZ) to a southernmost position. Paleoenvironmental changes were attested by determining the age of clastic sequences filling cave conduits dated by OSL method and also by radiocarbon in bat guano. The deposition of terrigenous sediments in Urubu cave from 7 to 4 ky B.P. cave was chronologically associated with more humid climate indicated by low \'\'delta\'POT.8\'O values in speleothems. In addition, this period was marked by increased contribution of organic carbon from soil indicated by negative values of \'\'delta\'POT.13\'C of the same speleothems. An abrupt transition to dry climate was indicated by the end of clastic sedimentation at about 4.2 ky because interruption of underground river flow and complete erosion of soil surrounding the cave as indicated by abrupt enrichment of \'\'delta\'POT.13\'C values of speleothems, reaching values similar to the carbonate bedrock (~0 %o). These data demonstrated the relationship between the sedimentary filling of the Urubu Cave and the formation and soil erosion in the region. These predominant dry conditions during last three millenniums in the region were also important for preservation ofbat Guano deposits above terrigenous sediments. The chronological data of guano was also used to indicate two periods of high accumulation associated with intense occupation of caves by bat colonies between 1,730 and 677 years cal BP and 200 cal years BP until recently. During the MCA occurred a reduction in guano accumulation until a complete hiatus, because dry conditions did not favor bats survival. Guano deposit accumulated again only 200 years ago, when the population of bats restored with stabilization of relatively humid conditions.

Estudos paleoclimáticos com base em registros isotópicos em espeleotemas apontam para um forte controle da insolação e das variações da circulação oceânica sob o transporte de umidade pela Zona de Convergência do Atlântico Sul, com grande impacto sobre a distribuição de chuvas na região do Brasil central. No entanto, pouco se sabe sobre as mudanças paleoclimáticas em áreas diretamente afetadas pela Zona de Convergência do Atlântico Sul (ZCAS). De fato, reconstituições paleoclimáticas de alta resolução na América do Sul, relacionadas a variações do regime hidrológico limitam-se a regiões localizadas na borda do Sistema de Monções Sul-americano (SMSA), próximos às zonas costeiras e junto às regiões dos Altiplanos bolivianos e Amazônia peruana. Esta tese apresenta uma contribuição ao estudo paleoclimático do Sistema de monção Sul-americana a partir da reconstituição da paleoprecipitação do Brasil central com base em registros isotópicos de \'\'delta\' POT.18\'O em estalagmites da região norte de Minas Gerais, precisamente datas pelo método U-Th. As estalagmites analisadas foram coletadas nas cavernas Lapa Grande, Lapa dos Anjos e Lapa Sem Fim. A reconstituição paleoclimática abrange a maior parte dos últimos 85 mil anos. Além disso, foram realizados estudos de monitoramento geoquímico-isotópico nas cavernas Lapa Sem Fim e Lapa dos Anjos com objetivo de aumentar a confiabilidade das interpretações paleoclimáticas e paleoambientais dos registros isotópicos de espeleotemas. O monitoramento isotópico envolveu a análise comparativa dos valores de \'\'delta\' POT.18\'O\'\' da água da chuva com o das soluções de gotejamento de estalactites e de amostras de carbonato depositada em vidros de relógio posicionado abaixo dos gotejamentos. Avaliações sistemáticas do fator de fracionamento isotópico realizadas com bases nos dados de \'\'delta\' POt.18\'O dos gotejamentos e do carbonato precipitado indicam que a composição isotópica \'\'delta\' POT.18\'O da calcita depositada em estalagmites é, em parte, controlada por efeitos de fracionamento cinéticos. As variações do fator de fracionamento tem relação com alterações das taxas de degaseificação, por sua vez, controladas por oscilações da concentração de CO 2 da atmosfera da caverna. Apesar das variações observadas no fator de fracionamento isotópico, variações sazonais e interanuais do \'\'delta\' POT.18\'O dos gotejamentos encontram boa correspondência com o \'\'delta\' POT.18\'O medido nos carbonatos dos vidros de relógio. Na escala de tempo orbital, as flutuações climáticas registradas no centro-leste do Brasil apresentam um acoplamento parcial com a forçante de insolação. Ao longo dos últimos 85 mil anos, a relação entre a paleoprecipitação registrada a partir dos dados de \'\'delta\' POT.18\'O de espeleotemas da área de estudo e a curva de insolação é restrita ao intervalo entre 60 e 85 mil anos AP. A fraca relação entre a paleoprecipitação e a forçante de insolação registrado na região centro-leste do Brasil é discutida no contexto de uma provável influência das condições de contorno do clima no período glacial e a relação com a intensidade e posição da ZCAS. Na escala de tempo milenar, foi analisada a variabilidade do sistema de monções na porção leste da ZCAS e a sua relação com oscilações climáticas de escala milenar registradas nas regiões de altas latitudes do Hemisfério Norte durante o último período glacial. Particularmente, durante o Estagio Marinho Isotópico 3 variações na intensidade das monções na região da ZCAS mimetizam as oscilações abruptas de temperatura determinadas pelas transições entre os eventos estadiais (frios) e interestadiais (quentes) registrados na estratigrafia isotópica de \'\'delta\' POT.18\'O dos testemunhos de gelo da Groenlândia. Por fim, foram discutidos eventos abruptos e de curta duração de aumento de chuvas identificados nos dados de alta resolução de \'\'delta\' POT.18\'O da estalagmite ao longo do último milênio. Os quais apresentaram boa relação com eventos de maior deposição de sulfetos de aerossóis vulcanogênicos registrados em testemunhos de gelo do Hemisfério Norte. Os resultados indicam uma alta suscetibilidade das chuvas de monções do Brasil central à ocorrência de erupções vulcânicas de grande magnitude. Estes eventos úmidos teriam sido impulsionados pelo deslocamento para sul da Zona de Convergência Intertropical, em resposta ao esfriamento da temperatura da superfície do mar do Atlântico norte, o que aumenta convergência de umidade na região sob o domínio do sistema de monção Sul-americano. / Paleoclimatic studies based on speleothem isotope records suggest that variation in insolation and ocean circulation plays an important role in controlling the moisture transport along the South Atlantic Convergence Zone (SACZ), causing important impacts for rainfall distribution over central Brazil. However, little is known about paleoclimate changes in regions directly affected by the SACZ close to its modern axis. Indeed, on South America, high resolution paleoclimate reconstructions related to changes in the hydrologic regime are concentrated in the border of monsoon system, near the coastal areas, in the Bolivian Altiplano and in the Peruvian Amazon Forest. This thesis presents a paleo-precipitation reconstruction for central-eastern Brazil using \'\'delta\' POT.18\'O time series from speleothems precisely dated by U-Th method. The speleothems used in this study were collected in three distinct caves located in northern Minas Gerais state: Lapa Sem Fim, Lapa dos Anjos and Lapa Grande. The paleo-precipitation reconstruction presented here covers most of the last 85 kyr. In addition isotopic monitoring program were performed at Lapa Sem Fim and Lapa dos Anjos cave sites in order to provide a better understanding of the paleoclimatic and paleoenvironmental information recorded in the speleothem stable isotope time series. The isotopic monitoring comprised the comparative analysis of \'\'delta\' POT.18\' O from rain water with those from cave dripwaters and also from samples of modern carbonate precipitated in watch glasses underneath dripping sites. Systematic evaluation of the isotopic fractionation factor based on \'\'delta\' POT.18\'O from the dripping water solution and from the carbonate recently deposited suggests that the \'\'delta\' POT.18\'O of calcite deposited in the stalagmites is, in part, controlled by kinetics isotopic effects. The fluctuations of the fractionation factors are related to seasonal changes in the degassing rate that are controlled by the oscillations in the atmospheric CO2 concentration of the monitored caves. Despite of the variations of the isotopic fractionation factor, seasonal and interannual variations of \'\'delta\' POT.18\'O recorded from drippings present good correspondence with \'\'delta\' POT.18\'O recorded in the carbonate from watch glasses. During the last 85 kyr BP monsoon precipitation reconstructed from the \'\'delta\' POT.18\'O speleothem records from central-eastern Brazil show a mismatch with the insolation precession curve, except for the interval between 60 and 85 kyr BP. The limited coupling observed between orbital forcing and monsoon precipitation over central-eastern Brazil is attributed to an additional forcing by the glacial boundary conditions that significantly influence the position and strength of the SACZ. It also was investigated the precipitation variability on the millennial time-scales during the last glacial period over the eastern portion of the South Atlantic Convergence Zone region. The present results indicated a strong association with climate events recorded at high latitude areas of North Hemisphere. Particularly during the Marine Isotope Stage 3, variations in the intensity of SACZ mimics abrupt oscillations pacing by the transitions of stadial (cold) and interstadial (warm) events recorded in the oxygen isotope stratigraphy of Greenland ice cores. During the last millennium, abrupt events of increase in monsoon precipitation recorded in the high resolution \'\'delta\' POT.18\'O record from Anjos1 stalagmite appear to be in good agreement with episodes of large volcanic eruptions and sulfate emissions occurred in the Northern Hemisphere. Indeed, the \'\'delta\' POT.18\'O results indicate a strong sensitivity of the South American monsoon system to large volcanic eruptions, because of radiative cooling of the Northern Hemisphere. As a result the Intertropical Convergence Zone is displaced southward, enhancing moisture influx into the South American monsoon domain.

A partir de registros de \'delta ANTPOT.18 O\' e \'ANTPOT.13 C\' e das taxas de crescimento de espeleotemas precisamente datados pelo método U-Th foi possível reconstituir a paleopluviosidade dos últimos 3 mil anos da região central do estado da Bahia. Os registros de alta resolução (\'DA ORDEM DE\' 4 anos) propiciaram caracterizar a influência dos padrões atmosféricos e da temperatura da superfície do mar (TSM) observados atualmente nos oceanos Atlântico e Pacífico na paleoprecipitação da região. Através da comparação direta entre os dados de \'delta ANTPOT. 18 O\' da estalagmite TR5 (com resolução amostral de 6 meses) com estações de monitoramento pluviométrico da região, foi possível relacionar as variações do \'delta ANTPOT. 18 O\' do espeleotema com a variação da pluviosidade mostrando que, valores mais negativos no registro isotópico são representativos de maior precipitação e vice-versa. Essa relação está de acordo com o fator \"amount effect\", que atua na variação das razões isotópicas do oxigênio da chuva na região tal como foi identificado em estudos da série histórica de monitoramento das estações IAEA-GNIP e por simulações computacionais que mostram a variação dos valores de \'delta ANTPOT. 18 O\' na atmosfera. O registro paleoclimático mostrou que uma progressiva aridificação vem ocorrendo na região central da Bahia nos últimos 3 mil anos, acompanhando o aumento da insolação de verão. Nesse intervalo de tempo, foram encontradas sequências de eventos úmidos abruptos que ocorrem periodicamente em escala centenial. Entre esses eventos, destaca-se o que ocorreu entre \'DA ORDEM DE\' 822-642 A.C. que é coincidente com intervalo de extremo frio na Europa e com o período de mínimo solar detectado na variação da irradiância. Já, durante a Anomalia Climática Medieval (ACM) e a Pequena Era do Gelo (PEG) o registro mostrou condições secas próximas a detectadas atualmente. Através de análises estatísticas realizadas nas séries temporais obtidas a partir do registro paleoclimático das estalagmites, foi detectado uma periodicidade de \'DA ORDEM DE\' 65 anos correlata com a Oscilação Multidecenal do Atlântico (OMA) em todo o registro da parte central da Bahia. Influências decorrentes da TSM do oceano Pacífico mostraram-se presentes durante eventos abruptos e períodos anômalos úmidos e secos. / We present the first high resolution (\'DA ORDEM DE\' 4 years) precipitation record from central portion of Bahia state, covering the last \'DA ORDEM DE\' 3000 yrs from \'ANTPOT. 230 Th-dated\' stalagmites oxygen isotope records. Our record shows abrupt fluctuations in rainfall tied to variations in the intensity of the South American summer monsoon (SASM), including the periods corresponding to the Little Ice Age (LIA), the Medieval Climate Anomaly (MCA) and a period around 2800 yr B.P. Unlike other monsoon records in southern South America, dry conditions prevailed during the LIA in the Nordeste. Spectral, wavelet and cross-wavelet analyses of our record detected several periodicities from multidecadal to centennial time scales, particularly centered on 65 and 210 years, which have been linked to Atlantic sea surface temperature (SST) variations and solar variability, respectively. Here we show that changes in SASM activity in the region are mainly associated with variations of the Atlantic Multidecadal Oscillation (AMO) and to a lesser degree caused by fluctuations in tropical Pacific SST. Comparisons between TR5 \'delta ANTPOT. 18 O\' stalagmite record (\'DA ORDEM DE\' 6 mouths resolution) with local meteorological station showed that variations in \'delta ANTPOT. 18 O\' speleothem composition are in agreement with variations in the amount of rainfall over central Bahia. The same correlation was also identified in computing simulations based on IAEA-GNIP monitoring stations data. The \'delta ANTPOT. 18 O\' speleothem record shows a clearly trend toward dry conditions in central Bahia since the last 3 thousand years in agreement with solar insolation curve. In addition, the \'delta ANTPOT. 18 O\' record od DV2 sample shows several sequence of wet event at centennial time-scale. Among these events we call attention to the event occurred at \' DA ORDEM DE\' 822-642 D.C., coincident with an abrupt cold event recorded in Europe and with a minimum of solar irradiance. In other hand during the MCA and the LIA the record shows dry conditions, close to current values.

Registros geocronológicos e isotópicos de\'\'delta\' POT.18 O\' e \"delta\'POT.13 C\' obtidos em alta resolução em estalagmites da caverna Caracos, município colombiano El Peñon, permitiram reconstituir a paleopluviosidade dos últimos 5500 anos nos Andes Orientais da Colômbia. Esses registros permitiram discutir as variações climáticas ocorridas em escala decadal durante o Holoceno Médio e Inferior e caracterizar a influência dos padrões atmosféricos e da temperatura da superfície do mar nos oceanos Atlântico e Pacífico. O estudo paleoclimático realizado na Colômbia foi apoiado na calibração prévia realizada na caverna Caracos que indicou uma correlação positiva entre a assinatura isotópica da água da chuva e do gotejamento das estalagmites CAR1, CAR2 e CAR3, como também, que a deposição isotópica destas ocorreu em equilíbrio. A partir dessa observação, foi interpretado que a variação dos valores de \'\'delta\'POT.18\' O dos espeleotemas da caverna Caracos ocorreu em função do condicionante isotópico amount effect (efeito quantidade) e da fonte de umidade. O registro isotópico de El Peñon mostrou que a variação da chuva, entre 3500-2500 anos BP e durante o Anomalia Climática Medieval e a Pequena Idade do Gelo, nos Andes Orientais da Colômbia esteve relacionada com as Oscilações do Atlântico e Pacífico, como também ao posicionamento meridional da Zona de Convergência Intertropical. Tais mudanças na paleoprecipitação, além de serem observadas na Colômbia, também estão registradas em outros locais como em Cariaco, na Venezuela, em Pumacocha e no México. Além disso, observou-se através de análises estatísticas das séries temporais dos registrosisotópicos de El Peñon, que as mudanças da paleopluviosidade observadas na Colômbia nos últimos 1500 ocorreram com uma peridiodicidade de ~ 65, 30 e 5 anos, relacionadas respectivamente com a Oscilação Multidecenal do Atlântico (OMA), com a Oscilação Decadal do Pacífico (ODP) e com os eventos El Niño Southern Oscilation. Os ciclos que mostram as análises estatísticas tem variações ao longo do registro, mostrando enfraquecimento/ fortalecimento em períodos como a ACM, LIA e CWP. Essa relação está de acordo com o fator \"amount effect\", que atua na variação das razões isotópicas do oxigênio da chuva na região tal como foi identificado em estudos da série histórica de monitoramento das estações IAEA-GNIP, mostrando que nas áreas tropicais é o principal componente no fracionamento isotópico de oxigênio. / From records of \'\'delta\'POT.18\' O and 13C and growth rates of speleothems precisely dated by U-Th method was possible to reconstruct the paleo rainfall the last 5500 years in the region of the Eastern Andes in Colombia. Records high-resolution (~ 1 year for the past 1500 years) propitiated characterize the influence of weather patterns and sea surface temperature (SST) currently observed in the Atlantic and Pacific oceans in the region paleo rainfall. Through the rainfall data collected in the study area for a year, a comparison of rainfall data of Bogota and the d18O record of stalagmites CAR1, CAR2 and CAR3, was possible to relate the variations of \'\'delta\'POT.18\' O of speleothems with variation in rainfall; this showed that more negative isotopic values in the registry are representative of greater precipitation and vice versa, in addition to a component of variation due to moisture source. This relationship is consistent with the factor \"amount effect\", which acts on the variation of the oxygen isotope ratios of rain in the region as was identified in studies of the historical series of monitoring stations IAEA-GNIP, showing that in tropical areas is major component in the oxygen isotopic fractionation. The isotope record of El Penon showed a relationship with the variations in the Atlantic and Pacific oscillations, as observed in other records of South America. Were also recorded changes in the location of the ITCZ that influences rainfall in the area, as are the periods between 3500-2500 years BP, ACM and LIA, changes are also recorded in other places like Cariacos, Pumacocha and Mexico. Through statistical analyzes in the time series obtained from the paleoclimate record of stalagmites of the last 1500 years, periodicity of ~ 65 years was correlated with the detected Multidecenal Atlantic Oscillation (OMA) in the entire record of El Penon, and periodicities between ~ 30 years associated with the Pacific Decadal Oscillation (PDO) and between ~ 5 with respect to ENSO events. The cycles show statistical analyzes have variations throughout the record, showing weakening / strengthening in periods such as ACM, LIA and CWP.