Esta tese investiga o comportamento espaço-temporal do derretimento superficial e o aporte efetivo de água de derretimento ao oceano na Península Antártica durante o período 1980 – 2014, em resolução anual. Foi utilizado um modelo empírico baseado nos dias de temperatura positiva, calibrado com dados de ablação medidos em 29 estacas glaciológicas posicionadas no domo Bellingshausen (ilha Rei George), durante os verões de 2007 a 2012. O modelo foi validado na mesma área por medidas independentes de ablação, realizadas em estacas e por um sensor ultrassônico, durante os verões de 1998 e 2000. Nas ilhas Livingston e Vega, o modelo foi validado por medidas de balanço de massa superficial de verão, inverno e anual, integradas espacialmente, durante o período de 2001 – 2011 e 1999 – 2014, respectivamente para cada ilha. Dados de reanálise ERA-Interim foram regionalizados e utilizados para a alimentação do modelo. O método de regionalização foi validado utilizando dados atmosféricos medidos em 28 estações meteorológicas. Durante o período estudado, o derretimento superficial médio foi 75 Gt, com desvio padrão de 54 Gt. A descarga de derretimento média foi de 9 Gt, com desvio padrão de 8 Gt. O máximo derretimento superficial ocorreu em 1985 (129 Gt) e de descarga efetiva em 1993 (40 Gt). Ambos apresentaram valores mínimos em 2014 (26 Gt e 0,37 Gt, respectivamente). Não foram identificadas tendências temporais estatisticamente significativas para a área total investigada. Os resultados mostram que a área flutuante produziu 68% do derretimento superficial médio e 61% da descarga efetiva média, enfatizando sua importância para a hidrografia costeira. Durante os 7 anos que precederam o colapso da plataforma de gelo Larsen B, a retenção do derretimento superficial foi maior que 95% nas áreas flutuantes, acompanhada de persistentes anomalias negativas de descarga de derretimento. Excluindo as ilhas, as adjacências da plataforma de gelo Larsen B exibiram os maiores derretimento superficial e descarga de derretimento específicos, enfatizando a importância do fluxo de água de derretimento para a desestabilização e colapso de plataformas de gelo. Não foi possível estabelecer uma relação quantitativa entre os índices de Oscilação Sul e Oscilação Antártica e os padrões de derretimento superficial. Entretanto, foi observado que anomalias concomitantemente negativas nos dois índices ocorreram em 1993 e 2006, coincidindo com anomalias positivas de derretimento superficial e descarga de derretimento abrangendo a totalidade da área de estudo. Na região leste da Península Antártica foram encontradas tendências estatisticamente significativas de decréscimo do derretimento superficial, as quais podem estar associadas ao aumento da extensão do gelo marinho no mar de Weddell. A fragmentação da área de estudo resultou em tendências temporais diferentes entre si e com significâncias estatísticas mais fortes, demonstrando que a Península Antártica não se comporta como uma unidade climática e glaciológica. / This work investigates the spatio-temporal behavior of the surface melt and runoff on the Antarctic Peninsula from 1980 to 2014 in annual resolution. An empirical model based on the Positive Degree Days approach was used to estimate the surface melt and runoff. The model was calibrated using ablation data measured in 29 glaciological stakes at Bellingshausen Dome (King George Island), from 2007 to 2012. The model was validated at the same area using independent measurements carried out in 1998 and 2000, using ablation stakes and an ultrasonic ranger. In the Livingston and Vega islands, the model was validated by winter, summer and annual surface mass balance measurements, spatially integrated, from 2001 – 2011 and 1999 – 2014, respectively for each island. The model was fed by ERA-Interim downscaled reanalysis data. This downscaling method was validated using atmospheric measurements from 28 weather stations. During the studied period, the average surface melt was 75 Gt with standard deviation of 54 Gt. The average runoff was 9 Gt with 8 Gt of standard deviation. Surface melt maximum values occurred in 1985 (129 Gt), while in 1993 occurred the maximum runoff (40 Gt). Both showed minimum values in 2014 (surface melt 26 Gt, runoff 0.37 Gt). No statistical significant trends exist for the total area. The results reveal that the floating ice areas produce 68% of the mean runoff and 61% of the mean surface melt, emphasizing their importance to coastal hydrography. During the seven years preceding the Larsen B collapse, surface melt retention was higher than 95% on the floating ice areas, together with persistent negative runoff anomalies. Excluding the islands, the vicinity of this former ice shelf exhibits the highest specific surface melt and runoff. This emphasizes the importance of meltwater flow and retention for ice shelf breakup. It was not possible to establish a quantitative relation between climatic modes, such as the Southern Oscillation and the Southern Annular Mode, and the meltwater production. Nevertheless, two widespread surface melt positive anomalies occurred in 1993 and 2006, concomitantly to negative anomalies in both indexes. The east area of the Antarctic Peninsula shows statistically significant trends for surface melt and runoff decrease. These trends may be related to an increase in sea ice extent in the Weddell Sea during the same period. The fragmentation of the study area led to different temporal trends with increased statistical significance. It demonstrates that the Antarctic Peninsula does not behave as a climatological and glaciological unity.

Esta dissertação apresenta os resultados das análises por cromatografia iônica do testemunho de gelo IC3 (85°59'S, 81°35'W), de 43,48 m de profundidade, coletado durante a travessia Chileno-Brasileira da Antártica ocorrida no verão de 2004/2005, entre o Polo Sul geográfico (90°S) e a estação chilena Parodi (80°10’S, 81°26’W). As amostras, com 2-3 cm de resolução, obtidas com a utilização do sistema de derretimento contínuo do Climate Change Institute (Universidade do Maine, EUA) foram analisadas utilizando um cromatógrafo Dionex DX-500. As concentrações mínimas e máximas, respectivamente, determinadas para os íons em estudo (nos 25 m superiores do testemunho) são 1,84 e 253,17 μg L-1 (Cl-); 12,16 e 201,17 μg L-1 (NO3-); 7,60 e 190,46 μg L-1 (SO42-); 2,15 e 50,31 μg L-1 (MS-, metanosulfonato, CH3SO3-); 1,34 e 147,22 μg L-1 (Na+); 0,28 e 10,41 μg L-1 (K+); 0,52 e 16,42 μg L-1 (Mg2+) e 0,66 e 29,60 μg L-1 (Ca2+). Estes dados estão de acordo com valores reportados na literatura para a área. A variabilidade do Cl- apresenta um padrão semelhante à de Na+, e a distribuição das razões Cl-/Na+ são maiores do que a razão destes íons na água do mar, sugerindo uma fonte adicional de Cl- a partir de HCl. Como esperado para a região central da Antártica, o registro de MS- não mostra sazonalidade. Este é também o comportamento do íon NO3-. O registro do testemunho de gelo IC-3 representa 48 ± 3 anos de acumulação (32,3 cm em equivalentes de água ano-1). / During the Austral summer of 2004/2005, several shallow cores were recovered by a Chilean-Brazilian traverse from the Geographic South Pole to the Parodi Chilean Station (80°18'S, 81°23'W). This dissertation discusses ion chromatography results of one of these cores, IC3 (85°59'S, 81°35'W), which was melted into discrete samples at 2-3 cm resolution using the Climate Change Institute, CCI, University of Maine (USA), continuous melting system and analyzed using a Dionex DX-500 Ion Chromatograph. The minimum and maximum ionic concentrations in the upper 25 m of the core are 1.84 , 253.17 μg L-1 (Cl-); 12.16 , 201.17 μg L-1 (NO3-); 7.60 , 190.46 μg L-1 (SO42-); 2.15 , 50.31 μg L-1 (MS-, methanesulfonate, CH3SO3-); 1.34 , 147.22 μg L-1 (Na+); 0.28 , 10.41 μg L-1 (K+); 0.52 , 16.42 μg L-1 (Mg2+) , 0.66 , 29.60 μg L-1 (Ca2+), which are in agreement with values reported in the literature for the area. Cl- variability exhibits a similar pattern to Na+, and the plotted Cl-/Na+ ratio, is higher than the seawater ratio of 1.8, suggesting an additional source of Cl- from HCl. As expected for central Antarctica, the MS- record showed no seasonality, and the same behavior was also presented by NO3- ion. The core was estimated to represent 48±3 years of accumulation (a 32.3 cm year-1 in water equivalent).

Foi projetado e construido um equipamento de refrigeração por absorção intermitente, com a utilização da mistura água-amônia, para produzir gelo. Tem-se como fonte de calor a energia solar, obtida com coletores concentradores de párabola composta. O trabalho envolve vários assuntos; foram descritas analiticamente as propriedades gerais da mistura a b s o mte- refrigerante , e analisados experimentalmente os parametros de real significado no desempenho dinâmico e.funcionamento, tais como, evaporação, candensação e absorção, bem c2 mo as relações existentes entre eles. De modo mais completo, foram avaliadas a eficácia do sistema e as condições nas quais se pode otimizar o desempenho.A abrangência dos assuntos de forma ampla, tem por finalidade servir de subsidios a futuras pesquisas que venham a ser desenvolvidas nesta área. / A full equipment for intemittent absorption ref rigeration , was designed and constructed by utilizing water plus anmonia mixture to produce the ice. The heat some was solar energy obtained from parabolic compound concentrators type collectors. The objetive of this work were numerous covering from an analytical Zescription o£ the general properties of the refrigerant-absorbent mixture , to determine experime-n tally the influente of the most fmportant parameters on the dynamic behavior characteristics. Such parameters include evaporation, condensation, absorption and relationships among thern. Further a11 conditions w e r e optimized to give the best system efficiency. The wide analysis of this matter was perf ormed with the aim to give origin to other future research lines on this particular area.

Orientador: Jose Ricardo Figueiredo / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-26T01:48:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 RodriguezSilverio_RodolfodeJesus_D.pdf: 11961114 bytes, checksum: 2666162185ce602e6b5a31eb7154c9db (MD5) Previous issue date: 1999 / Resumo: O presente trabalho procura obter uma detalhada simulação numérica de uma máquina de produção de gelo em escamas que opera sob um ciclo de absorção utilizando o par água - amónia. Com este objetivo é apresentado um modelo matemático que engloba os fenômenos termodinâmicos, de transferência de calor e de mecânica dos fluidos. Tal modelo constitui-se numa importante ferramenta para análise e posterior aperfeiçoamento do sistema. E apresentado primeiramente um modelo em regime permanente que ajuda a entender e aprofundar os processos que transcorrem em cada componente, e como estes afetam a operação e o desempenho da instalação global. Em segundo lugar é elaborado o modelamento do evaporador em sua operação transitória. Em terceiro rescreve-se a simulação do sistema para incluir o modelo da operação em regime transitório de cada componente. Ao serem acoplados o segundo e o terceiro modelos é efetuada a simulação dinâmica do sistema. Ambos modelamentos, permanente e transiente, fornecem os principais parâmetros de operação do sistema em função das caraterísticas construtivas da máquina e das variáveis externas tais como temperatura de bulbo úmido e pressão do vapor de aquecimento / Abstract: The present work searches for a detailed numerical simulation of an scale ice-maker operating on an absorption cycle using the pair water - ammonia. With such aim a mathematical model was constructed embodying thermodynamics, heat transfer and fluid mechanics phenomena. Such model turns to be an important tool for analysis and development of the system. Firstly a steady state model is presented that helps understanding the processes going on each component and how those affect the operation and performance of the whole installation. Secondly the transient model of the evaporator is developed. Third the whole system simulation is rewritten to include models of the transient regime operation of each component. By coupling the second and the third models the dynamic simulation of the system is built. Both steady state and transient modeling provide the main operating parameters of the system as function machine constructive characteristics and of the external variables such as wet bulb temperature and heating steam pressure / Doutorado / Termica e Fluidos / Doutor em Engenharia Mecânica

Apesar da formação de gelo em aeronaves representar um grande risco à aviação, ainda hoje os detectores de gelo são baseados na indicação de possível formação de gelo e não de sua consequente degradação nas características de voo do avião. Além disso, o uso intensivo do piloto automático traz a desvantagem de dificultar a percepção, por parte da tripulação, da mudança de comportamento do avião eventualmente causada pelo gelo. Neste trabalho, um método de detecção de gelo baseado em medir a degradação causada na dinâmica do avião é proposto, implementado por simulação e discutido. O objetivo é usar apenas medidas de uma grandeza que já seja utilizada pelo piloto automático com a finalidade de facilitar uma eventual aplicação, uma vez que tais dispositivos se encontram instalados na grande maioria dos aviões em operação. O método usado para detecção se baseou em algoritmos de detecção de falhas e, como o gelo pode ser considerado uma falha essencialmente multiplicativa, optou-se por um método baseado em identificação paramétrica, o de mínimos quadrados recursivos. Um estudo do efeito do gelo na dinâmica do avião foi necessário para se escolher o parâmetro de razão de arfagem como saída a ser medida e o foco na detecção de gelo na empenagem horizontal. Os resultados mostraram que, mesmo com efeitos de turbulência, as estimativas paramétricas permitem o desenvolvimento de um alarme capaz de alertar acerca da degradação causada pelo gelo na empenagem de forma simples e sem introduzir excessivos casos de falsos positivos.

Este trabalho aborda um estudo voltado a integração de sistema de detecção de gelo na fuselagem dianteira de aeronaves comerciais. Detectores de gelo são essenciais à segurança do voo, pois a formação de gelo em superfícies de aviões tem uma contribuição estatística significativa aos acidentes fatais na aviação. Não apenas as características dos sistemas de detecção são importantes para uma operação segura, mas deve-se proceder a sua instalação na aeronave com cuidado especial. Além das gotículas de água superesfriada serem capazes de atingir o detector, deve-se considerar aspectos aerodinâmicos, pois instalações inadequadas podem levar a arrasto adicional, ruído e vibrações. O presente trabalho tem como objetivo analisar a instalação de detectores de gelo na fuselagem dianteira de aeronaves comerciais de transporte. Foi considerada uma aeronave de transporte de passageiros de médio porte e três posições diferentes para o detector de gelo. A primeira posição está próxima ao nariz da aeronave; a segunda a uma distancia intermediária; e o terceiro a uma distancia que se identifica com a posição mais comumente adotada para este dispositivo. O domínio computacional é composto de uma malha com aproximadamente 7.740.000 tetraedros, após algumas adaptações, e os detectores foram instalados apenas em um lado da fuselagem dianteira, para efeitos de comparação. Duas condições de operação para a simulação e cálculos foram definidas. Inicialmente, considerou uma condição de cruzeiro (número de Mach de 0,76 e ângulo de ataque 1,5?); a outra condição de descida e/ou subida (número de Mach = 0.40 e ângulo de ataque 3?). Em ambas as condições foram realizados cálculos relativos à velocidade de escoamento, tamanho de partícula, linhas de corrente e ruído branco. Os resultados mostram, que um detector de gelo em ambas as condições, estará mais bem posicionado quando estiver mais próximo do nariz da aeronave, caso contrário o detector pode não ser capaz de detectar gelo composto por partículas de maior diâmetro, situação de risco e não desejada para a aeronave.

A formação de gelo em aeronaves é um tópico de grande interesse para a indústria aeronáutica. Vários acidentes fatais já ocorreram na aviação comercial em decorrência da formação de gelo em partes sensíveis de aeronaves. Por conta disso, os órgãos certificadores elaboraram uma série de requisitos em relação aos mecanismos de proteção e de eliminação de gelo, assim como na avaliação da qualidade de vôo e desempenho de uma aeronave que opere em condições de gelo acumulado nas suas superfícies de sustentação e de controle. Ao longo dos anos, muitos estudos têm sido conduzidos de maneira a se alcançar uma rápida e precisa maneira de avaliar esse fenômeno e com isso reduzir o ciclo de projeto. Nesse trabalho, é apresentado um método simples de avaliação do mecanismo de acúmulo de gelo em aerofólios, baseado principalmente no cálculo da eficiência de coleta, um dos principais parâmetros envolvidos no processo. Partindo-se de um código numérico desenvolvido por Lozowski e Oleskiw [1], foi realizada uma reestruturação do mesmo. Algumas subrotinas foram atualizadas, assim como novos e melhores procedimentos de cálculo foram adicionados ao código original. A versão atual do código foi validada através da comparação com a versão original e, posteriormente, foram conduzidas análises da influência de diversos parâmetros na eficiência de coleta resultante de um determinado corpo submetido a condições conhecidas. Além disso, foram avaliados alguns casos relativos à formação de gelo e os resultados são comentados aqui.

Esta tese interpreta o registro ambiental de um testemunho de gelo antártico pela análise de elementostraço. Esse testemunho de gelo, daqui em diante chamado Mount Johns (MJ), foi coletado no manto de gelo da Antártica Ocidental (79°55’28”S e 94°23’18”W; 91,20 m de comprimento) no verão austral de 2008/09. O testemunho foi descontaminado e subamostrado no Climate Change Institute (University of Maine – Maine /EUA). As primeiras 2137 amostras, correspondentes aos 45 m superiores do testemunho, foram analisadas no espectrômetro de massas Element 2 do CCI para 24 elementos-traço (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). Essa parte do testemunho representa 125 anos (1883–2008) de registro, segundo datação relativa baseada na variação sazonal nas concentrações de Na, Sr e S e na identificação dos principais eventos vulcânicos ocorridos no período. A taxa de acumulação média no local de amostragem foi 0,21 m a-1 em eq. H2O no mesmo período de tempo. As concentrações são controladas pelas variações climáticas sazonais (verão/inverno), por mudanças na circulação atmosféricas, por anomalias de temperatura, pela distância de transporte e pelas fontes naturais e antrópicas desses aerossóis. Baseada na análise dos fatores de enriquecimento crustal e marinho e em correlações de Pearson, as concentrações de Al, Ba, Ca, Fe, K, Mg, Mn, Na, S, Sr e Ti são de origem natural. Poeira e solo de fontes continentais, oriundas principalmente de áreas áridas na Austrália, Nova Zelândia e Patagônia, são consideradas importantes fontes de Al, Mg e Ti. Aerossóis marinhos do Pacífico Sul, transportados para o continente antártico pelas massas de ar, são fontes predominantes de Na, Sr, K, S e Ca. Para os elementos Ba, Fe e Mn, tanto fontes crustais como marinhas são significativas. Adicionalmente, Mn e S apresentam um aporte considerável de origem vulcânica (variando de 20–30% na concentração total). Os resultados também mostram enriquecimento significativo nas concentrações de arsênio devido a atividades antrópicas. Foi observado concentrações médias da ordem de 1,92 pg g-1 antes de 1900, aumentando até 7,94 pg g-1 em 1950. Este enriquecimento está diretamente relacionado às emissões da mineração e fundição de metais não-ferrosos na América do Sul, principalmente no Chile. A queda na concentração de arsênio observado no século XXI (concentração média de 1,94 pg g-1 após 1999) é interpretada como uma consequência à introdução de leis ambientais (em 1994) para reduzir emissões desse elemento durante os processos de mineração e fundição de cobre no Chile. O modelo de trajetórias HYSPLIT mostra uma clara variação sazonal no transporte entre os meses de verão/outono e inverno/primavera, onde predomina o transporte de oeste durante o ano todo e um transporte secundário de nordeste durante o verão/outono. As correlações entre as concentrações médias dos elementos-traço estudados e o modelo de reanálises ERA-Interim para o período 1979–2008, indicam que as concentrações de aerossóis marinhos são fortemente influenciadas pelas condições meteorológicas, por exemplo, por anomalias na temperatura da superfície do mar e concentração de gelo marinho. / This thesis interprets the environmental record of an Antarctic ice core by the analysis of trace elements. This ice core, henceforward called Mount Johns (MJ), was collected in the West Antarctica ice sheet (79°55'28"S and 94°23'18"W; 91.20 m long) in the austral summer of 2008/09. The core was decontaminated and subsampled at the Climate Change Institute (CCI, University of Maine - Maine / USA). The first 2137 samples, corresponding to the upper 45 m of the core, were analyzed in the CCI's JRC Element 2 spectrometer for 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 and K). This part of the core represents a 125 years (1883– 2008) record, according to relative dating based on Na, Sr and S seasonal variations and on the identification of major volcanic events in the period. The mean accumulation rate for the sampling site was 0.21 m-1 in eq. H2O in the same time period. The concentrations are controlled by seasonal climatic changes (summer/winter), by changes in atmospheric circulation, temperature anomalies, the transport distance and the natural and anthropogenic sources of these aerosols. Based on analysis of crustal and marine enrichment factors and Pearson correlations, the Al, Ba, Ca, Fe, K, Mg, Mn, Na, S, Sr and Ti concentrations have natural origin. Dust and soil from continental sources, primarily coming from arid areas in Australia, New Zealand and Patagonia, are considered important sources of Al, Mg and Ti. South Pacific marine aerosols, transported to the Antarctic continent by air masses, are predominant sources of Na, Sr, K, S and Ca. For the elements Ba, Fe and Mn, both crustal and marine sources are significant. In addition, Mn and S show a considerable contribution of volcanic origin (ranging from 20-30% of the total concentration). The results also show significant enrichment in arsenic concentrations due to human activities. Before 1900 the mean concentration was approximately 1.92 pg g-1, rising to 7.94 pg g-1 in 1950. This enrichment is directly related to mining emissions and casting of non-ferrous metals in South America, mainly in Chile. The decrease in the arsenic concentration, observed in the twenty-first century (mean concentration of 1.94 pg g-1 after 1999) is interpreted as a consequence of the introduction of environmental laws (in 1994) to reduce emissions of this element during the cupper mining and smelting in Chile. The HYSPLIT trajectories model show a clear seasonal variation in transport between the summer/autumn all and winter/spring months, where predominates an eastward transport throughout the year and a secondary transport from the northeast during the summer/fall. Correlations between the mean concentrations of the studied trace elements and the ERA-Interim reanalysis models for the 1979-2008 period indicate that marine aerosols concentrations are heavily influenced by weather conditions, for example, by sea surface temperature and sea ice concentration anomalies.

Esta tese interpreta o registro ambiental de um testemunho de gelo antártico pela análise de elementostraço. Esse testemunho de gelo, daqui em diante chamado Mount Johns (MJ), foi coletado no manto de gelo da Antártica Ocidental (79°55’28”S e 94°23’18”W; 91,20 m de comprimento) no verão austral de 2008/09. O testemunho foi descontaminado e subamostrado no Climate Change Institute (University of Maine – Maine /EUA). As primeiras 2137 amostras, correspondentes aos 45 m superiores do testemunho, foram analisadas no espectrômetro de massas Element 2 do CCI para 24 elementos-traço (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). Essa parte do testemunho representa 125 anos (1883–2008) de registro, segundo datação relativa baseada na variação sazonal nas concentrações de Na, Sr e S e na identificação dos principais eventos vulcânicos ocorridos no período. A taxa de acumulação média no local de amostragem foi 0,21 m a-1 em eq. H2O no mesmo período de tempo. As concentrações são controladas pelas variações climáticas sazonais (verão/inverno), por mudanças na circulação atmosféricas, por anomalias de temperatura, pela distância de transporte e pelas fontes naturais e antrópicas desses aerossóis. Baseada na análise dos fatores de enriquecimento crustal e marinho e em correlações de Pearson, as concentrações de Al, Ba, Ca, Fe, K, Mg, Mn, Na, S, Sr e Ti são de origem natural. Poeira e solo de fontes continentais, oriundas principalmente de áreas áridas na Austrália, Nova Zelândia e Patagônia, são consideradas importantes fontes de Al, Mg e Ti. Aerossóis marinhos do Pacífico Sul, transportados para o continente antártico pelas massas de ar, são fontes predominantes de Na, Sr, K, S e Ca. Para os elementos Ba, Fe e Mn, tanto fontes crustais como marinhas são significativas. Adicionalmente, Mn e S apresentam um aporte considerável de origem vulcânica (variando de 20–30% na concentração total). Os resultados também mostram enriquecimento significativo nas concentrações de arsênio devido a atividades antrópicas. Foi observado concentrações médias da ordem de 1,92 pg g-1 antes de 1900, aumentando até 7,94 pg g-1 em 1950. Este enriquecimento está diretamente relacionado às emissões da mineração e fundição de metais não-ferrosos na América do Sul, principalmente no Chile. A queda na concentração de arsênio observado no século XXI (concentração média de 1,94 pg g-1 após 1999) é interpretada como uma consequência à introdução de leis ambientais (em 1994) para reduzir emissões desse elemento durante os processos de mineração e fundição de cobre no Chile. O modelo de trajetórias HYSPLIT mostra uma clara variação sazonal no transporte entre os meses de verão/outono e inverno/primavera, onde predomina o transporte de oeste durante o ano todo e um transporte secundário de nordeste durante o verão/outono. As correlações entre as concentrações médias dos elementos-traço estudados e o modelo de reanálises ERA-Interim para o período 1979–2008, indicam que as concentrações de aerossóis marinhos são fortemente influenciadas pelas condições meteorológicas, por exemplo, por anomalias na temperatura da superfície do mar e concentração de gelo marinho. / This thesis interprets the environmental record of an Antarctic ice core by the analysis of trace elements. This ice core, henceforward called Mount Johns (MJ), was collected in the West Antarctica ice sheet (79°55'28"S and 94°23'18"W; 91.20 m long) in the austral summer of 2008/09. The core was decontaminated and subsampled at the Climate Change Institute (CCI, University of Maine - Maine / USA). The first 2137 samples, corresponding to the upper 45 m of the core, were analyzed in the CCI's JRC Element 2 spectrometer for 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 and K). This part of the core represents a 125 years (1883– 2008) record, according to relative dating based on Na, Sr and S seasonal variations and on the identification of major volcanic events in the period. The mean accumulation rate for the sampling site was 0.21 m-1 in eq. H2O in the same time period. The concentrations are controlled by seasonal climatic changes (summer/winter), by changes in atmospheric circulation, temperature anomalies, the transport distance and the natural and anthropogenic sources of these aerosols. Based on analysis of crustal and marine enrichment factors and Pearson correlations, the Al, Ba, Ca, Fe, K, Mg, Mn, Na, S, Sr and Ti concentrations have natural origin. Dust and soil from continental sources, primarily coming from arid areas in Australia, New Zealand and Patagonia, are considered important sources of Al, Mg and Ti. South Pacific marine aerosols, transported to the Antarctic continent by air masses, are predominant sources of Na, Sr, K, S and Ca. For the elements Ba, Fe and Mn, both crustal and marine sources are significant. In addition, Mn and S show a considerable contribution of volcanic origin (ranging from 20-30% of the total concentration). The results also show significant enrichment in arsenic concentrations due to human activities. Before 1900 the mean concentration was approximately 1.92 pg g-1, rising to 7.94 pg g-1 in 1950. This enrichment is directly related to mining emissions and casting of non-ferrous metals in South America, mainly in Chile. The decrease in the arsenic concentration, observed in the twenty-first century (mean concentration of 1.94 pg g-1 after 1999) is interpreted as a consequence of the introduction of environmental laws (in 1994) to reduce emissions of this element during the cupper mining and smelting in Chile. The HYSPLIT trajectories model show a clear seasonal variation in transport between the summer/autumn all and winter/spring months, where predominates an eastward transport throughout the year and a secondary transport from the northeast during the summer/fall. Correlations between the mean concentrations of the studied trace elements and the ERA-Interim reanalysis models for the 1979-2008 period indicate that marine aerosols concentrations are heavily influenced by weather conditions, for example, by sea surface temperature and sea ice concentration anomalies.

Esta tese interpreta o registro ambiental de um testemunho de gelo antártico pela análise de elementostraço. Esse testemunho de gelo, daqui em diante chamado Mount Johns (MJ), foi coletado no manto de gelo da Antártica Ocidental (79°55’28”S e 94°23’18”W; 91,20 m de comprimento) no verão austral de 2008/09. O testemunho foi descontaminado e subamostrado no Climate Change Institute (University of Maine – Maine /EUA). As primeiras 2137 amostras, correspondentes aos 45 m superiores do testemunho, foram analisadas no espectrômetro de massas Element 2 do CCI para 24 elementos-traço (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). Essa parte do testemunho representa 125 anos (1883–2008) de registro, segundo datação relativa baseada na variação sazonal nas concentrações de Na, Sr e S e na identificação dos principais eventos vulcânicos ocorridos no período. A taxa de acumulação média no local de amostragem foi 0,21 m a-1 em eq. H2O no mesmo período de tempo. As concentrações são controladas pelas variações climáticas sazonais (verão/inverno), por mudanças na circulação atmosféricas, por anomalias de temperatura, pela distância de transporte e pelas fontes naturais e antrópicas desses aerossóis. Baseada na análise dos fatores de enriquecimento crustal e marinho e em correlações de Pearson, as concentrações de Al, Ba, Ca, Fe, K, Mg, Mn, Na, S, Sr e Ti são de origem natural. Poeira e solo de fontes continentais, oriundas principalmente de áreas áridas na Austrália, Nova Zelândia e Patagônia, são consideradas importantes fontes de Al, Mg e Ti. Aerossóis marinhos do Pacífico Sul, transportados para o continente antártico pelas massas de ar, são fontes predominantes de Na, Sr, K, S e Ca. Para os elementos Ba, Fe e Mn, tanto fontes crustais como marinhas são significativas. Adicionalmente, Mn e S apresentam um aporte considerável de origem vulcânica (variando de 20–30% na concentração total). Os resultados também mostram enriquecimento significativo nas concentrações de arsênio devido a atividades antrópicas. Foi observado concentrações médias da ordem de 1,92 pg g-1 antes de 1900, aumentando até 7,94 pg g-1 em 1950. Este enriquecimento está diretamente relacionado às emissões da mineração e fundição de metais não-ferrosos na América do Sul, principalmente no Chile. A queda na concentração de arsênio observado no século XXI (concentração média de 1,94 pg g-1 após 1999) é interpretada como uma consequência à introdução de leis ambientais (em 1994) para reduzir emissões desse elemento durante os processos de mineração e fundição de cobre no Chile. O modelo de trajetórias HYSPLIT mostra uma clara variação sazonal no transporte entre os meses de verão/outono e inverno/primavera, onde predomina o transporte de oeste durante o ano todo e um transporte secundário de nordeste durante o verão/outono. As correlações entre as concentrações médias dos elementos-traço estudados e o modelo de reanálises ERA-Interim para o período 1979–2008, indicam que as concentrações de aerossóis marinhos são fortemente influenciadas pelas condições meteorológicas, por exemplo, por anomalias na temperatura da superfície do mar e concentração de gelo marinho. / This thesis interprets the environmental record of an Antarctic ice core by the analysis of trace elements. This ice core, henceforward called Mount Johns (MJ), was collected in the West Antarctica ice sheet (79°55'28"S and 94°23'18"W; 91.20 m long) in the austral summer of 2008/09. The core was decontaminated and subsampled at the Climate Change Institute (CCI, University of Maine - Maine / USA). The first 2137 samples, corresponding to the upper 45 m of the core, were analyzed in the CCI's JRC Element 2 spectrometer for 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 and K). This part of the core represents a 125 years (1883– 2008) record, according to relative dating based on Na, Sr and S seasonal variations and on the identification of major volcanic events in the period. The mean accumulation rate for the sampling site was 0.21 m-1 in eq. H2O in the same time period. The concentrations are controlled by seasonal climatic changes (summer/winter), by changes in atmospheric circulation, temperature anomalies, the transport distance and the natural and anthropogenic sources of these aerosols. Based on analysis of crustal and marine enrichment factors and Pearson correlations, the Al, Ba, Ca, Fe, K, Mg, Mn, Na, S, Sr and Ti concentrations have natural origin. Dust and soil from continental sources, primarily coming from arid areas in Australia, New Zealand and Patagonia, are considered important sources of Al, Mg and Ti. South Pacific marine aerosols, transported to the Antarctic continent by air masses, are predominant sources of Na, Sr, K, S and Ca. For the elements Ba, Fe and Mn, both crustal and marine sources are significant. In addition, Mn and S show a considerable contribution of volcanic origin (ranging from 20-30% of the total concentration). The results also show significant enrichment in arsenic concentrations due to human activities. Before 1900 the mean concentration was approximately 1.92 pg g-1, rising to 7.94 pg g-1 in 1950. This enrichment is directly related to mining emissions and casting of non-ferrous metals in South America, mainly in Chile. The decrease in the arsenic concentration, observed in the twenty-first century (mean concentration of 1.94 pg g-1 after 1999) is interpreted as a consequence of the introduction of environmental laws (in 1994) to reduce emissions of this element during the cupper mining and smelting in Chile. The HYSPLIT trajectories model show a clear seasonal variation in transport between the summer/autumn all and winter/spring months, where predominates an eastward transport throughout the year and a secondary transport from the northeast during the summer/fall. Correlations between the mean concentrations of the studied trace elements and the ERA-Interim reanalysis models for the 1979-2008 period indicate that marine aerosols concentrations are heavily influenced by weather conditions, for example, by sea surface temperature and sea ice concentration anomalies.