Les coccolithophoridés sont des algues marines photosynthétiques et planctoniques qui produisent des plaques micrométriques de carbonate de calcium (CaCO3) appelés coccolithes. Ces algues sont apparues il y 210 Ma et produisent actuellement la majeure partie du CaCO3 dans les océans modernes, jouant ainsi un rôle majeur dans le cycle du carbone. Cependant, l’émergence de la production de CaCO3 océanique par les coccolithophoridés au cours du Jurassique, ainsi que son impact sur le cycle du carbone, restent très mal compris. Cette étude s’est donc focalisée sur une période du Jurassique Moyen (Bajocien inférieur, -170 Ma) enregistrant la diversification de Watznaueria, un genre de coccolithophoridé qui a ensuite dominé la production de CaCO3 océanique pendant plus de 80 Ma. L’analyse des assemblages de coccolithes du Jurassique Moyen du Portugal et du sud de la France, réalisée à l’aide d’une méthode de reconnaissance automatique appliquée pour la première fois aux coccolithes du Jurassique, a permis de quantifier l’importance de cette période de diversification sur la production de CaCO3 pélagique. En outre, la durée de cet intervalle clé a été réévaluée grâce à l’analyse cyclostratigraphique des séries sédimentaires du Sud de la France. Les variations de production de CaCO3 pélagique ainsi reconstituées ont été comparées aux perturbations du cycle du carbone enregistrées par les rapports des isotopes du carbone, et indiquent un lien probable avec une augmentation marquée de la fertilité des océans. Par ailleurs, l’analyse paléontologique montre que cette diversification correspond à l’apparition successive de différentes espèces vraisemblablement opportunistes du genre Watznaueria. Enfin, les flux obtenus de CaCO3 pélagiques, largement inférieurs à ceux observés dans les océans actuels, semblent insuffisants pour avoir eu une influence significative sur le cycle global du carbone du Jurassique Moyen. / Coccolithophorids are photosynthetic and planktonic marine algae that produce micrometric calcium carbonate (CaCO3) platelets called coccoliths. These algae appeared about 210 Ma ago and produce today most of the CaCO3 in the modern oceans, hence playing a major role in the carbon cycle. Nevertheless, the onset of oceanic CaCO3 production by these organisms during the Jurassic and its impact on carbon cycling remain poorly understood. This study therefore focused on the Middle Jurassic interval (Early Bajocian, -170 Ma) which records the diversification of Watznaueria, an evolutionary important coccolith genus that subsequently dominated oceanic CaCO3 production for more than 80 Myr. The analysis of coccolith assemblages from the Middle Jurassic of southern France and Portugal, based on an automaticcoccolith recognition device used for the first time on Jurassic coccoliths, allowed quantifying the impact of this diversification on CaCO3 production. In addition, the duration of this key interval has been revaluated by the cyclostratigraphic analysis of sedimentary strata from southern France. The reconstructed changes in CaCO3 production were compared to carbon cycle perturbations recorded by carbon isotope ratios and indicate a probable link with a marked increase of ocean fertility. Besides, paleontological analyses show that this diversification episode correspond to the successive appearance of different, probably opportunistic Watznaueria species. The obtained fluxes of pelagic CaCO3 production, by far lower than those recorded in modern oceans, seems too low to have significantly impacted theMiddle Jurassic carbon cycle.

L’objectif de ce travail était d’étudier la variabilité de la circulation océanique méridienne aux échelles de temps pluri décennales dans l’océan Atlantique nord au cours des deux mille dernières années, ainsi que son lien avec la variation de l’extension des gyres subtropicales et subpolaires. J’ai donc étudié, à partir de carottes de sédiments marins à fort taux de sédimentation, l’évolution de la température des eaux de surface et de la stratification de la colonne d’eau en lien avec le fonctionnement des gyres subpolaire et subtropicale.Compte tenu des difficultés spécifiques à la période de temps considérée, la première partie de mon travail a consisté à contraindre le milieu et la période de calcification des principaux foraminifères utilisés, à partir de la composition isotopique de l’oxygène analysée dans la coquille des foraminifères planctoniques. J’ai également précisé la calibration en Magnésium et en Calcium en fonction de la température. La deuxième partie de mon travail a consisté à reconstruire les conditions hydrologiques dans des zones clés de l’océan Atlantique Nord sur les deux mille dernières années. J’ai ainsi construit un index de la gyre subpolaire à partir d’un gradient de température Est-Ouest, qui traduit l’intensité dynamique de la gyre subpolaire et de la gyre subtropicale. L’apport de l’analyse des foraminifères planctoniques profonds a permis de reconstituer les variations de la colonne d’eau supérieure. La stratification plus ou moins marquée de la colonne d’eau est reliée directement à l’intensité des vents d’Ouest. Les similitudes entre les vents et l’index de gyre m’ont amené à proposer un couplage entre l’océan et l’atmosphère aux échelles de temps pluri décennales.La dernière partie de ma thèse s’est focalisée sur les conséquences des variations de la dynamique des gyres océaniques sur le transport de chaleur vers les hautes latitudes ainsi que sur l’impact des variations des vents d’Ouest sur le climat européen. / The purpose of this thesis was to study the surface oceanic circulation in the North Atlantic Ocean during the last 2,000 years, and its link with the intensity of the subpolar and the subtropical gyres. To fulfill these objectives, I studied sediment cores with a high sedimentation rate to reconstruct the multidecadal variability of the temperature and the water column stratification, controlled by the dynamic of oceanic gyres. To improve the marine paleoclimatic signal recorded from planktonic foraminifera, I constrained their growing season and their calcification depth by analyzing the oxygen isotopic composition of their calcitic shells. I also established calibrations between Mg/Ca ratio and temperature for the main species used.I applied these calibrations to reconstruct the hydrological conditions in key areas of the North Atlantic Ocean. I constructed an index of the subpolar gyre that traduces the dynamic intensity of the subpolar gyre and the subtropical gyre. I also studied the variability of the upper water column based on the analysis of deep-dwelling foraminifera. I interpret past changes in the water column stratification as resulting from changes in the intensity of Westerly winds. The similarities between the wind forcing evolution and the index of the subpolar gyre dynamics led me to propose a coupling between the ocean and the atmosphere on the multidecadal time scale. The consequences of the gyres dynamic on heat transport and the impacts of the change in westerly wind strength on European climate are studied in the last part of the manuscript.

Para o desenvolvimento deste estudo, foi utilizado um testemunho de alta resolução coletado no talude da Bacia de Santos, em que foram realizadas análises de foraminíferos planctônicos e isótopos de oxigênio. Os resultados foram complementados por dados de razões de Fe/Ca e Ti/Ca e permitiram a compreensão do cenário paleoceanográfico no setor oeste do Atlântico Sul nos últimos 15 mil anos. Condições mais frias foram encontradas no início do registro até aproximadamente 8 mil anos A.P., com predomínio da fauna fria (G. truncatulinoides, N. dutertrei, e G. inflata) e valores mais altos de ? 18O. Maior produtividade também é sugerida pela componente principal 2 (CP2), relacionada à camada de mistura e caracterizada pela assembléia G. ruber (white) e G. sacculifer. As razões de Fe/Ca e Ti/Ca indicam maior aporte de terrígenos pela pluma do Rio da Prata para o ambiente oceânico, provavelmente contribuindo para fertilização das águas superficiais. A partir de 8 mil anos A.P. observa-se aumento dos valores da curva paleoclimática e diminuição progressiva dos valores de ? 18O. A CP2 apresenta valores máximos entre 10 e 5 mil anos A.P., indicando uma coluna de água mais quente e altamente estratificada. Neste período, apresentam-se os mínimos de razões de Fe/Ca e Ti/Ca, indicando um período mais seco, relacionado ao mínimo de insolação de verão no hemisfério sul e posicionamento da ZCIT mais ao norte. A partir de 5 mil anos A.P. até o final do registro, observa-se novamente menores valores da CP2 e razões crescentes Fe/Ca e Ti/Ca, indicando condições mais úmidas e de maior produtividade no Holoceno superior. / For this study, faunal changes in foraminifer\'s assemblages and oxygen stable isotopes were carried out on a high- resolution core retrieved from the slope of Santos Basin. The results, complemented with Fe/Ca and Ti/Ca ratios enabled the understanding of paleoceanografic changes occurred in the last 15 Kyr. Cold conditions were recognized in the late deglaciation until 8 mil Kyr B.P., characterized by the cold assemblage (G. truncatulinoides, N. dutertrei, and G. inflata) and higher values of ? 18O. The low values of principal component 2 (PC 2), related to the mixed layer and dominated by the species G. ruber (white) and G. sacculifer suggest enhanced surface productivity. The Fe/Ca and Ti/Ca ratios on the sedimentary record indicate a high terrigenous input from the Plata Plume outflow in the oceanic environment, which probably contributed to the fertilization of superficial waters. From 8 Kyr B.P., an increase in the paleoclimatic curve values and gradual reduction in the ? 18O were observed in the data. The PC 2 yields maximum values between 10 and 5 Kyr B.P., indicating warm and highly stratified water-column conditions. In this period, low Fe/Ca and Ti/Ca ratios point out dryer conditions, related to the low peak austral summer insolation and the ITCZ located farther north. From 5 mil Kyr B.P. decreasing PC 2 values and increasing Fe/Ca and Ti/Ca ratios may be a sign of more productivity and humid conditions in the late Holocene.

O conhecimento das preferências ecológicas de espécies de foraminíferos planctônicos tem sido muito utilizada em investigações paleoceanográficas obtendo bons resultados. O presente estudo realizou inferências sobre as condições oceanográficas das águas superficiais da porção sudoeste do Atlântico Sul nos últimos 450.000 anos através da variação da abundância de foraminíferos planctônicos em dois testemunhos da Bacia de Campos. A partir da Análise de Correspondência foram identificados os três principais fatores responsáveis pela variação dos foraminíferos planctônicos encontrados em cada um dos testemunhos. No testemunho KF-13 os três fatores principais foram interpretados como temperatura, espessura da camada de mistura e sazonalidade; enquanto para o testemunho KF-14 os fatores foram definidos como espessura da camada de mistura, produtividade e sazonalidade. Com esses fatores foram identificados os intervalos de maior intensidade de ventos e produtividade na região. As principais mudanças climáticas do Atlântico Sul encontram-se relacionadas às mudanças de intensidade de ventos e dos sistemas dependentes deles como o Giro Subtropical do Atlântico e a Zona de Convergência Subtropical. / Paleoceanographic investigations based on planktonic foraminifera ecologic preferences are widely and succesfully applied. The present study infered surface waters oceanographic conditions from the South Atlantic southwest margin in the past 450.000 years through the planktonic foramifera abundance variation in two cores from Campos Basin. Correspondence Analysis defined three principal factors responsible for the planktonic foraminifera abundance variation in each core. The three KF-13 main factors were interpreted as temperature, mixed layer thickness and sazonality; KF-14 principal factors were defined as mixed layer thickness, productivity and sazonality. These factors made it possible to identify higher wind stress and higher productivity intervals in this region. The main climatic variations in South Atlantic are due to changes in wind stress and the systems which depend on it such as the Atlantic Subtropical Gyre and the Subtropical Convergence Zone.

Esta tese apresenta o registro de variações paleoceanográficas na superfície e em oceano profundo na porção oeste do Atlântico Sul, através de evidências de nanoplâncton calcário, durante os últimos 200.000 anos. Os principais parâmetros avaliados foram relativos à paleoprodutividade primária, através de estimativas de abundância e taxa de acumulação do nanoplâncton calcário, índices paleoceanográficos de produtividade, variação de carbonato de cálcio, contribuição relativa das espécies de nanoplâncton para o carbonato de cálcio total e análises de dados geoquímicos complementares. Os dados derivam de três testemunhos coletados na Bacia de Santos entre 1900 e 2200 metros de profundidade. Os resultados demonstram que as mudanças paleoceanográficas observadas no período analisado devem estar relacionadas, concomitantemente, a variações na dinâmica do oceano na camada superficial e em oceano profundo. As evidências de paleoprodutividade primária e a subsequente deposição do nanoplâncton calcário apontam que ambas são dependentes de condições favoráveis em superfície e no fundo, respectivamente. Estas condições ocorreram durante o período de aquecimento das águas superficiais no oeste do Atlântico Sul e a retração de águas profundas de origem sul devido à intensificação da célula de revolvimento meridional do Atlântico. Os últimos 200.000 anos foram divididos em sete intervalos definidos pela variação de paleoprodutividade primária com base no registro de nanoplâncton calcário. / This thesis presents a view of the paleoceanographic changes that occurred in the surface and deep ocean in the western South Atlantic by means of calcareous nannoplankton during the last 200,000 years. Data was obtained from three sediment cores collected in the Santos Basin between 1900 and 2200 meters water depth. Estimates of primary paleoproductivity from calcareous nannoplankton abundance and accumulation rates, paleoproductivity proxies calcium carbonate content, the relative contribution of nannoplankton species to total calcium carbonate and complementary geochemical data analyzes were performed. The results demonstrate that paleoceanographic changes observed in the analyzed period may be related to changes in ocean dynamics at surface and deep ocean. Primary paleoproductivity record and the subsequent calcareous nannoplankton deposition indicate that these are dependent on surface and bottom conditions, respectively. These conditions were recorded during sea surface temperature warming in the western South Atlantic and retraction of southern-sourced deep waters due to strengthening of the Atlantic meridional overturning circulation. The last 200,000 years were divided into seven intervals defined by the changes in primary paleoproductivity record of calcareous nannoplankton.

Eventos climáticos ocorridos no planeta deixam registros no ambiente, com os quais é possível realizar reconstruções das condições ambientais. No oceano, o destino de grande parte da matéria orgânica é o sedimento; assim o estudo de colunas sedimentares preservadas, testemunhos, fornece um registro de informações sobre os processos biológicos, geológicos e químicos ocorridos no passado e de como esses processos responderam às mudanças ambientais. No presente trabalho foram analisados sedimentos superficiais marinhos ao longo da margem continental superior do Sudeste do Brasil de forma a validar a utilização de marcadores geoquímicos orgânicos na região e foi analisado um testemunho cuja base aponta para 35.000 anos e que engloba importantes eventos climáticos ocorridos no planeta: eventos Heinrich 3, 2 e 1, o Último Máximo Glacial e o evento Younger Dryas, de forma a realizar uma reconstrução paleoceanográfica desse período. Os resultados dos marcadores orgânicos moleculares nas amostras superficiais, quando comparados com outros trabalhos realizados na região, mostraram que os marcadores respondem corretamente aos processos sedimentares na margem continental do Sudeste do Brasil e que a utilização de alquenonas como indicadores de temperatura superficial marinha na região é válida. A análise do testemunho permitiu correlacionar as variações de temperatura da água superficial do mar e variações do nível do mar com o fluxo de material terrígeno para o meio marinho nos últimos 35.000 anos, além de identificar os eventos climáticos citados e verificar a influência desses eventos para a região da margem continental superior do Sudeste do Brasil. Os resultados mostraram uma variação de temperatura superficial marinha de até 4°C entre o Último Máximo Glacial e o Holoceno e mostraram que, para a região, não ocorreu a anti-fase térmica entre o Atlântico Norte e o Atlântico Sul citada em diversos trabalhos realizados no Atlântico Sul, durante os eventos climáticos citados. / Climatic changes produce environmental signatures with which it is possible to reconstruct past environmental conditions. In the ocean, the fate of most of the organic matter is the marine sediment. Sediment core analyses reveal a unique reservoir of biological, chemical and geological information about past processes and how they responded to the environmental changes. In the present work, marine surface sediments from the Southeastern Brazilian Continental Margin were analyzed to verify the efficiency of organic geochemical markers in this area. Sediment core from the Southeastern Brazilian upper slope were also analyzed to carry out a paleoceanographic reconstruction. The core covers a time period of 35,000 years, where important climatic changes occurred, such as the Heinrich events 3, 2 and 1, the LGM, and the Younger Dryas events. Surface sediment results for geochemical markers were comparable with other works developed in the area, efficiently describing the processes that occur there. The alkenone based SST was also comparable with observations from multinational programs, being valid for this area. The core analyses showed correlations between SST and sea level variations with changes in terrestrial organic matter flow to the ocean over the last 35,000 years, allowed the identification of previously mentioned climatic events and the verification of the influence of these events on the Southeastern Brazilian Continental Shelf. Results showed that the SST varied up to 4.5°C between the LGM and the Holocene indicating that at this region a thermal antiphasing between southern and northern Atlantic Ocean SST during the last 35,000 years did not occur.

Os isótopos de oxigênio (18O) e carbono (13C), registrados nas testas dos foraminíferos são descritores mensuráveis (proxies) da paleotemperatura e paleoprodutividade, respectivamente, amplamente utilizados em estudos paleoceanográficos. Em amostras de sedimento marinho, o tamanho de testa dos foraminíferos é uma importante fonte de variabilidade isotópica que não limita o uso destes proxies, desde que a mesma seja conhecida e entendida. No presente estudo, analisou-se o sinal de 18O e de 13C em testas da espécie bentônica, Cibicidoides wuellerstorfi, e das espécies planctônicas, Globigerinoides ruber (branca) e Globorotalia truncatulinoides (dextral) retidas em quatro frações de tamanho de malha de peneiras (150-250, 250-300, 300-355 e >355µm). Foram utilizadas amostras de topo de dois testemunhos localizados na Margem Continental Brasileira (em torno de 2000 metros de lâmina d´água). Foi comparado o sinal isotópico das amostras com o sinal isotópico da água do mar atual da região de estudo. Foi observado que C. wuellerstorfi calcifica em equilíbrio de 18O e com um desequilíbrio positivo (0,2-0,3) de 13C com respeito á água do mar de fundo. Os valores isotópicos desta espécie não variaram (13C) ou variaram levemente (18O) com o aumento no tamanho. Os valores de 18O registrados em G. ruber (branca) não apresentaram tendência com o tamanho de testa e refletiram uma profundidade aparente de calcificação na superfície do oceano (entre 0-100 metros). Os valores de 18O registrados em G. truncatulinoides (dextral) apresentaram aumento com o tamanho de testa (até 1,22) e refletiram uma profundidade aparente de calcificação em águas da termoclina (entre 200-400 metros). O sinal de 13C aumentou com o tamanho de testa tanto em G. ruber (branca) (até 1,85), como em G. truncatulinoides (dextral) (até 1,26). Os valores de 13C referentes aos maiores tamanhos de testas estão mais próximos dos valores de 13C da água do mar da profundidade aparente de calcificação estimada para cada espécie. Este trabalho corrobora a importância da seleção do tamanho de testa dos foraminíferos em estudos paleoceanográficos para a região de estudo, especialmente no sinal de 13C em foraminíferos planctônicos. / Stable oxygen (18O) and carbon (13C) isotope composition registered in foraminifera test are widely used in paleoceanography studies as paleotemperature and paleoprodutivity proxies. On the sea floor, samples size test is an important source of stable isotope variability related to the ecology and physiology of foraminifera. This variability does not restrict the use of these proxies when the relation between size and stable isotopes is known and understood. 18O and 13C values were analyzed in four size sieves fractions (150-250, 250-300, 300-355 e >355µm) in foraminiferal tests of Cibicidoides wuellerstorfi (benthic specie), Globigerinoides ruber (white) and Globorotalia truncatulinoides (right) (planktonic species), in two core topes located on the Brazilian continental margin (around 2,000 meters). Modern seawater stable isotope composition was used for data interpretation. In general, the relation between stable isotope and size for each species was consistent in all samples. C. wuellerstorfi calcifies in equilibrium with 18O, while it is enriched (0.2-0.3) in 13C values with respect to deep sea isotopic values. No clear isotopic size-related changes were observed for this species. 18O values do not change with test size in G. ruber (white) and reflect an apparent calcification depth in superficial waters (0-100 meters). 18O enrichment with size was observed for G. truncatulinoides (right) (up to 1.22) and reflects an apparent calcification depth in thermocline waters (between 200-400 meters). 13C values were clearly enriched with size in both G. ruber (white) (up to 1.85) and G. truncatulinoides (right) (up to 1.26). 13C values of the largest size sieve fraction reflects most accurately 13C values of the estimated calcification depth for each specie. This work highlights the importance of selecting foraminifera test size for paleoceanographic studies, especially in what concerns about carbon isotopes in planktonic foraminifera.

Este estudo apresenta indicações de mudanças paleoceanográficas ao longo dos últimos 25.000 anos na porção oeste do Oceano Atlântico Sul a partir do registro da variação de nanofósseis calcários em dois testemunhos de sedimento marinho da margem continental nordeste do Brasil. Outros indicadores foram incorporados às análises de nanofósseis calcários no intuito de melhor compreender as alterações observadas nas assembléias fósseis: 1) dados isotópicos de oxigênio de testas de foraminíferos planctônicos e bentônicos; 2) índice de temperatura e de nutrientes; 3) equação de paleoprodutividade e 4) análises estatísticas multivariadas. Os índices de temperatura e nutrientes foram, pela primeira vez, aplicados a nanofósseis calcários do Quaternário em amostras do Atlântico Sul. A integração dos resultados sugere que as principais características oceanográficas não sofreram alterações significativas nos últimos 25.000 anos, embora condições ambientais instáveis tenham sido registradas a partir da transição do Último Máximo Glacial - Holoceno. Durante o Último Máximo Glacial a região estudada sofreu pouca variação de temperatura, funcionando como um reservatório de calor. A variação da profundidade da termoclina/nutriclina foi considerada a principal resposta às oscilações climáticas, sendo relacionada às mudanças de intensidade dos ventos alísios. / This study focuses on changes in calcareous nannofossil assemblages as an evidence of paleoceanographic variability during the last 25,000 years in two deep sea piston cores from the northeastern Brazilian continental margin. To support reconstructing ancient marine environment others proxies have been applied along with the calcareous nannofossil analysis: 1) oxygen isotopic data from planktonic and benthic foraminifers\' tests; 2) temperature and nutrient indices; 3) paleoproductivity equation and 4) multivariate analysis. For the first time the temperature and nutrient indices were employed to Quaternary calcareous nannofossil from the South Atlantic Ocean. According to presented results major oceanographic features were stable in the last 25,000 years, although instable environmental conditions were recorded in the Last Glacial Maximum - Holocene boundary. During the Last Glacial Maximum the western tropical Atlantic seems to have experienced slight temperature changes and served as a heat and salt reservoir. Nutricline and thermocline depth variation was considered the most important response to climate changes largely related to Trade Winds strength oscillation.

Para dar suporte ao atual debate sobre as consequências climáticas da liberação antropogênica de CO2 na atmosfera, o refinamento do conhecimento sobre mudanças climáticas e oceanográficas no passado é necessário. A Circulação de Revolvimento Meridional do Atlântico (CRMA) tem papel fundamental na oceanografia e clima das áreas sob influência do Oceano Atlântico, controlando diretamente a estratificação e distribuição de massas d\'água, a quantidade de calor transportada pelo oceano e os ciclo e armazenamento de compostos químicos, como o CO2 em mar profundo. A formação e circulação da Água Intermediária Antártica (AIA), envolvida no transporte de calor e sal para o giro subtropical do Hemisfério Sul e nas teleconexões climáticas entre altas e baixas latitudes, é componente importante do ramo superior da CRMA. A reconstrução de propriedades de massas de água intermediárias é, portanto, importante para a compreensão dos sistemas de retroalimentação entre oceano-clima. No entanto, informações quanto a evolução da AIA continuam limitadas. Oscilações da CRMA e consequentes mudanças na distribuição de calor tem implicações importantes para o clima Sul Americano, influenciando a disponibilidade de umidade para o Sistema de Monções Sul Americano (SMSA), via temperatura da superfície marinha e posicionamento da Zona de Convergência Intertropical. Neste trabalho nós reconstruímos a assinatura isotópica da AIA durante os estágios isotópicos marinhos 2 e 3 (41-12 cal ka AP) usando isótopos de carbono e oxigênio de foraminíferos bentônicos (gêneros Cibicidoides e Uvigerina) de um testemunho de sedimentos marinhos datados por radiocarbono (1100 m de profundidade e a 20°S na costa do Brasil). Concluímos que propriedades físicas e químicas da AIA mudaram durante os estadiais Heinrich 3 e 4, provavelmente como consequência de enfraquecimento da CRMA durante estes períodos. Também reconstruímos as condições continentais do leste brasileiro entre o último máximo glacial e a deglaciação (23-12 cal ka AP) baseadas em razões Ti/Ca de nosso testemunho de sedimentos marinhos como indicadoras de aporte terrígeno do Rio Doce. A maior parte da chuva que cai na Bacia do Rio Doce está relacionada a atividade do SMAS. Nosso registro de Ti/Ca em conjunto com \'\'delta\' POT.18\'O de espeleotemas da Caverna Lapa Sem Fim, também no leste do Brasil, sugere diminuição marcante da chuva durante o interestadial Bølling-Allerød, provavelmente relacionada a enfraquecimento do SMAS. Ademais comparamos as razões de Ti/Ca com dados de saída da rodada SYNTRACE do modelo climático CCSM3 com forçantes transientes para a última deglaciação. Os registros geoquímicos e a saída do modelo mostram resultados consistentes entre si e sugerem que o leste da América do Sul passou pelo seu período mais seco de toda a última deglaciação durante o interestadial Bølling-Allerød, provavelmente relacionado ao enfraquecimento do SMAS. / To support the current debate and actions to be taken about climatic consequences of anthropogenic release of CO2, a refined understanding about past climatic and oceanographic changes is necessary. The Atlantic Meridional Overturning Circulation (AMOC) plays a fundamental role in the oceanography and climate of the Atlantic realm, directly controlling stratification and distribution of water masses, the amount of heat that is transported by the ocean, and the cycling and storage of chemical species, such as carbon dioxide in the deep sea. The formation and circulation of Antarctic Intermediate Water (AAIW) is an important component of the upper branch of the AMOC, involved in the transport of heat and salt within the Southern Hemisphere subtropical gyre and driving high-low latitude climatic teleconnections. Reconstructing intermediate water properties is, therefore, important for understanding feedbacks within the ocean-climate system. However, information on AAIW evolution remains limited. AMOC oscillations and changes in heat distribution have strong implications for the South American climate, influencing moisture influx availability for the South American Summer Monsoon (SASM), via sea surface temperatures and Intertropical Convergence Zone positioning. Here we reconstruct AAIW isotopic signature during marine isotope stages 2 and 3 (41-12 cal kyr BP) using carbon and oxygen isotopes from benthic foraminifera (Cibicidoides and Uvigerina genera) of a radiocarbon dated marine sediment core (1100m water depth and 20°S, off the Brazilian coast). We find that AAIW\'s physical and chemical properties changed Heinrich stadials 3 and 4, probably as a consequence of AMOC decreased strength during these periods. We also reconstruct Last Glacial Maximum and deglacial (23-12 cal kyr BP) continental conditions over eastern Brazil based on Ti/Ca of our marine sediment core as a proxy for Doce River (draining eastern Brazil) terrigenous input. Most of the rainfall in the Doce River Basin is related to the activity of the SASM. Our Ti/Ca record together with a speleothem \'\'delta\' POT.18\'O composite from Lapa Sem Fim Cave, also in eastern Brazil, suggests a major decrease in precipitation during the Bølling-Allerød interstadial, likely related to a weakening of the SASM. We further compared our Ti/Ca results with the output of the SYNTRACE run of the CCSM3 fully-coupled climate model with transient forcing for the last deglaciation. Geochemical records and model output show consistent results and suggest that eastern South America experienced the driest period of the whole last deglaciation during the Bølling-Allerød and that this dry spell was likely related to decreased SAMS intensity.

Thesis (Ph. D.)--Joint Program in Oceanography/Applied Ocean Science and Engineering (Massachusetts Institute of Technology, Dept. of Earth, Atmospheric, and Planetary Sciences; and the Woods Hole Oceanographic Institution), 2012. / Cataloged from PDF version of thesis. / Includes bibliographical references. / Radioactive isotopes can be used in paleoceanography both for dating samples and as tracers of ocean processes. Here I use radiocarbon and uranium series isotopes to investigate the ocean's role in climate change over the last deglaciation. I present a new method for rapid radiocarbon analyses as a means of age-screening deep-sea corals for further study. Based on age survey results, I selected forty corals from the Drake Passage and thirteen from the Reykjanes Ridge off Iceland and dated them with uranium series isotopes. The uranium series dates give independent ages that allow radiocarbon to be used as a tracer of circulation and carbon cycle changes. The radiocarbon records generated from the Drake Passage corals show increased stratification in the Southern Ocean during the last glacial maximum (LGM) that disappeared during the start of the deglaciation as atmospheric CO2 began to rise during Heinrich Stadial 1 (HI). Considering these data and using a simple mass budget calculation, I show that the drop in atmospheric radiocarbon activity during H1 can be explained given direct carbon exchange between the radiocarbon-depleted deep ocean and atmosphere, e.g. through the Southern Ocean. The Drake Passage radiocarbon records also show evidence for decreased air-sea gas exchange in the Southern Ocean during the Antarctic Cold Reversal/Belling-Allered coincident with the hiatus in the deglacial CO2 rise. During this time period in the North Atlantic, radiocarbon reconstructions from deep-sea corals collected from off Iceland show a similar ventilation rate to that observed today and during the Holocene. To further investigate changes in North Atlantic ventilation over the last deglaciation, I used an inverse model to assess the consistency of sedimentary 2m1 Pa/ 230Th ratios from the Holocene, Hl, and the LGM with the modern circulation. Although sedimentary 231Pa/230Th has been used to infer changes in the strength of the meridional overturning circulation in the past, I find that published data are consistent with the modern circulation during the LGM and Hi. These findings highlight the importance of giving due regard to the uncertainties in the behavior and spatial distribution of paleoceanographic tracers. / by Andrea Burke. / Ph.D.