Thesis (Ph. D.)--Oregon State University, 2007. / Printout. Includes bibliographical references (leaves 164-176). Also available on the World Wide Web.

Thesis (M.S.)--University of Delaware, 2005. / Principal faculty advisor: Katharina Billups, Dept. of Marine and Earth Studies . Includes bibliographical references.

A dinâmica paleoceanográfica no Oceano Atlântico Sudoeste ainda é pouco conhecida, com a maioria dos trabalhos descrevendo os últimos 25 mil anos. Neste estudo, foram utilizados como indicadores as assembleias fósseis de cocolitoforídeos (também chamados de nanofósseis calcários), isótopos estáveis de oxigênio e carbono (em testas do foraminífero planctônico Globigerinoides ruber), o conteúdo de carbonato nos sedimentos (fração < 0,63 μm) e datações radiocarbônicas. Foram analisados dois testemunhos, coletados no talude da Bacia de Campos, compreendendo os últimos 440 mil anos. Os resultados apontam que espécies do grupo “placolitoformes”, como Gephyrocapsa spp. e Emiliania huxleyi, e a espécie Florisphaera profunda, habitante da zona fótica inferior, dominaram a assembleia durante todo o intervalo estudado. Entre 440 - 410 mil anos a produtividade é alta, independente da alternância entre estágios glaciais/interglaciais (EIMs 12, 11, 10, 9, 8, 7 e 6). Boa parte deste intervalo de tempo está relacionada ao evento Brunhes médio, quando, no hemisfério sul, havia uma intensificação das circulações atmosférica e oceânica, aumentando a ressurgência costeira. Nos últimos 130 mil anos, existe alguma relação entre a produtividade e esta ciclicidade climática. De forma geral, pode-se dizer que os estágios interglaciais stricto sensu (EIMs 5e e 1) são menos produtivos que os demais (EIMs 5d-a, 4, 3 e 2). Durante estágios interglaciais, a Zona de Convergência Intertropical estaria deslocada para o norte, os ventos de nordeste associados à Alta Subtropical do Atlântico Sul teriam baixa intensidade e a Corrente do Brasil estaria enfraquecida, levando à manutenção da estratificação das águas. Já durante o estágio glacial, as condições inversas favoreceriam a ressurgência costeira. Ao longo dos últimos 130 mil anos, a produtividade máxima é atingida entre 14 - 6,5 mil anos (durante a deglaciação), podendo ser um reflexo dos acontecimentos do Último Máximo Glacial. Entre 440 - 140 mil anos, cocolitoforídeos parecem ter um pequeno papel no ciclo do carbono, transferindo carbonato das águas superficiais para o fundo marinho. Este papel aumenta nos 130 mil anos subsequentes. Durante todo o intervalo, espécies produtoras de pequenos cocólitos, como Gephyrocapsa spp. e Emiliania huxleyi, são as mais determinantes nesta transferência, por serem muito abundantes. / The paleoceanographic dynamic of the Southweast Atlantic is still poorly known, with most of the studies describing the last 25×103 years. In this work, fossil assemblages of coccolithophorids (also called calcareous nannofossils), oxygen and carbon stable isotopes (in shells of the planktonic foraminifera Globigerinoides ruber), the carbonate content in the sediments (< 0,63 μm fraction) and radiocarbon dating were used as indicators. Two sediment cores, recovered at the slope of Campos Basin, were analyzed, comprising the last 440×103 years. The results show that placolith-bearing species, such as Gephyrocapsa spp. and Emiliania huxleyi, and the Florisphaera profunda species, which inhabits the lower photic zone, dominated the assemblage during the whole study interval. Between 440-410×103 years there is high productivity, independent of the alternation between glacial and interglacial stages (MISs 12, 11, 10, 9, 8, 7 and 6). Much of this time interval is related to the mid-Brunhes event, when an intensified atmospheric and oceanic circulation is reported in the southern hemisphere, leading to increased coastal upwelling. Over the past 130×103 years, there was some relationship between the productivity and this climate cyclicity. In a general way, it can be said that stricto sensu interglacial stages (MISs 5e and 1) are less productive than the others (MISs 5d-a, 4, 3 and 2). During interglacial stages, a northward shift in the Intertropical Convergence Zone position would take place, together with a weakening of the northeast winds associated to the Southern Atlantic Subtropical High and a weakening of the Brazil Current, leading to the maintenance of the water stratification. On the other hand, during the glacial stage, the inverse conditions would be favorable to coastal upwelling. Over the last 130×103 years, maximum productivity is achieved between 14- 6,5×103 years (during deglaciation), which could be a reflection of the events of the Last Glacial Maximum. Between 440-140×103 years, coccolithophorids seem to have had a small role in the carbon cycle, transferring carbonate shallow waters to the seabed. This role seems to have increased in the following 130×103 years. During the whole interval, species that produce small coccoliths, such as Gephyrocapsa spp. and Emiliania huxleyi, are the most crucial in this transfer, because they are very abundant.

This study used Jumbo Piston Core 126, collected from the Nathaniel B. Palmer during cruise NBP10-01, to investigate environmental variability in Barilari Bay, western Antarctic Peninsula as part of the LARsen Ice Shelf System, Antarctica (LARISSA) project. A total of 107 samples were collected every 20cm from a 21.42m sediment core. Benthic foraminiferal data from Jumbo Piston Core 126 was analyzed using Principal Component (PC), Canonical Correspondence Analysis (CCA), and cluster analyses to assist in the Holocene oceanographic and climatic interpretation of Barilari Bay. The first three principal components explain 79.5% of the variance in the foraminiferal abundance data. PC1 comprises 49.6% of the variance and represents the Bulimina aculeata assemblage. PC2 and PC3 explain 16.3% and 13.6% of the variance and characterize the Fursenkoina fusiformis and Pseudobolivina antarctica assemblages, respectively. F. fusiformis assemblage represents the presence of a less saline water mass associated with ice shelf decay. The agglutinated P. antarctica assemblage is indicative of Hyper Saline Shelf Water (HSSW). TheB. aculeata assemblage is associated with Upper Circumpolar Deep Water (UCDW) (Ishman and Domack, 1994) Sediments from ~1100-950 calibrated years Before Present (cal. yr BP) are characterized by theB. aculeata assemblage, indicating the presence of UCDW. At ~950 cal. yr BP the UCDW receded coincident with glacial conditions observed during what is interpreted as the Little Ice Age. The ~950-350 cal. yr BP interval represents glacial conditions interpreted from the high PC scores of the P. antarctica assemblage and low foraminiferal abundances due to HSSW and a high sedimentation rate from glacial runoff. Intermittent pulses of UCDW are observed in the 950-350 cal. yr BP interval, expressed by the PC peaks in the B. aculeata assemblage. Between ~300 and 100 cal. yr BP the middle of the fjord was dominated by the F. fusiformis assemblage, suggesting ice shelf decay and open marine conditions. At ~50 cal. yr BP UCDW progressed back into Barilari Bay and is currently the dominant water mass.

Estudos paleoceanográficos são baseados em indicadores indiretos, ou seja, informações sedimentológicas, paleontológicas e geoquímicas que refletem as condições ambientais dos oceanos no passado geológico. Processos tafonômicos como a dissolução podem enviesar a informação contida nestes indicadores. Porém, quando corretamente identificada, a dissolução pode se tornar uma ferramenta para caracterizar mudanças oceanográficas, como variações na distribuição das massas d’água e a acidificação dos oceanos. O objetivo deste estudo é entender como ocorre este enviesamento, identificar indicadores que determinam a presença ou ausência da dissolução e identificar alterações oceanográficas no Quaternário tardio da Bacia de Pelotas em função deste processo. Esta tese compreende várias etapas, incluindo a realização de experimentos de dissolução em varias espécies de foraminíferos provenientes do oeste do Atlântico Sul, a comparação entre dados de fauna de foraminíferos planctônicos de sedimento com as condições ambientais do oceano Atlântico Sul e, finalmente, as análises de testemunhos do Quaternário tardio da Bacia de Pelotas (foraminíferos, cocolitoforídeos, teor de carbonato, granulometria, δ18O, AMS 14C). Os experimentos geraram um ranking de susceptibilidade à dissolução para foraminíferos, identificando Orbulina universa e Hoeglundina sp. como bons indicadores de pouca dissolução, além de identificar a razão entre foraminíferos planctônicos e bentônicos como imprópria para indicar o grau de dissolução. A análise da fauna de foraminíferos planctônicos do Atlântico Sul identificou maior enviesamento por condições ambientais de fundo em áreas com massas d’água mais corrosivas provenientes do sul, bem como o viés observado nas espécies frágeis pode ser relacionado aos erros em estimativas de paleotemperaturas baseadas em censos de fauna. Baseado nos indicadores aqui elaborados, combinado com outros indicadores comuns, as alterações oceanográficas na Bacia de Pelotas indicam um aumento da dissolução em períodos glaciais em função do avanço da Água Antartica de Fundo e da Água Circumpolar Superior. Finalmente, na parte conceitual desta tese, é proposta uma definição de zona tafonômicamente ativa para sistemas pelágicos, que deve considerar a coluna d’água como seu limite superior. / Paleoceanographic studies are based on proxy data, i.e. sedimentological, paleontological and geochemical information that reflect the environmental conditions of the oceans in the geological past. Taphonomic processes such as dissolution may bias the information contained in these proxies. However, when correctly identified, dissolution can become a tool to characterize oceanographic changes, such as variations in the water masses distribution and acidification of the oceans. The purpose of this study is to understand how this bias occurs, to identify proxies that determine the presence or absence of dissolution and to identify late Quaternary oceanographic changes in the Pelotas Basin as a function of this process. This thesis comprises several stages, including dissolution experiments on several foraminifera species from the western South Atlantic, comparison between sediment plankton foraminifera fauna data with environmental conditions of the South Atlantic Ocean, and finally, the analyses of late Quaternary of the Pelotas Basin cores (foraminifera, coccolith, carbonate content, grain size, δ18O, and AMS 14C). The experiments generated a ranking of susceptibility to dissolution for foraminifera, identifying Orbulina universa and Hoeglundina sp. as good proxies of low dissolution, besides identifying the planktonic and benthic foraminifera ratio as inappropriate for indicating the degree of dissolution. The analysis of the planktonic foraminifera fauna of the South Atlantic identified greater bias due to bottom environmental conditions in areas with more corrosive water masses from the south, as well as the observed bias in fragile species may be related to errors in paleotemperature estimates based on fauna census counts. Based on the proxies developed here, and other indicators frequently used, the late Quaternary oceanographic changes in the Pelotas Basin indicate an increase of the dissolution in glacial periods due to the advance of Antarctic Bottom Water and Upper Circumpolar Deep Water. Finally, in the conceptual part of this thesis, a taphonomically active zone for pelagic systems is proposed, which should consider the water column as its upper limit.

Para melhor entender a relação entre os oceanos e as variações climáticas são necessários registros destes eventos. O presente trabalho tem por objetivo principal estudar as variações climáticas e oceanográficas utilizando os registros de conteúdo de carbonato em dois sedimentos coletados na Bacia de Campos. A cronologia dos testemunhos foi primeiramente estabelecida através do conteúdo de carbonato. Sua validação foi feita através das análises de radiocarbono em duas amostras próximas do topo de cada testemunho. Outros métodos usados para corroborar a cronologia foram o biozoneamento com base nos foraminíferos planctônicos Globorotalia menardii e Pulleniatina obliquiloculata, executadas em ambos os testemunhos; análises de isótopos de oxigênio em foraminíferos planctônicos Globigerinoides ruber em amostras do KF-13; e dados de susceptibilidade magnética para o KF-14. Com exceção de radiocarbono, os outros métodos não fornecem idades absolutas Foi então necessário compará-los com estratos de idade conhecida. Para isso utilizaram-se dados do SPECMAP, tornando possível a inferência dos estágios isotópicos marinhos para estes testemunhos. Estabelecida a estratigrafia para os testemunhos com base no conteúdo de carbonato, identificamos as diferentes condições climáticas nas quais os sedimentos foram depositados. As curvas de conteúdo de carbonato para ambos os testemunhos, junto com os dados de isótopos de oxigênio para o KF-13 e a de susceptibilidade magnética para o KF-14 foram comparados com a curva de isótopos de oxigênio do SPECMAP, inferindo assim idades aproximadas para algumas das feições apresentadas. Também foram utilizadas as biozonas de foraminíferos planctônicos identificadas para estimar as idades aproximadas em pontos ao longo do testemunho, além dos dados de radiocarbono. Estabelecida essa cronologia foi possível fazer o cálculo das taxas de sedimentação. Os resultados aqui apresentados mostram a importância que o conteúdo de carbonato nos sedimentos tem para estudos de variações climáticas. / Records of climatic variations are necessary for better understanding of the relationship between the oceans and these events. The main objective of this work is to study climate and ocean variations using carbonate records in two sediment cores collected from the Campos Basin. The chronology of the sediment cores was established through carbonate content. Validation was achieved through radiocarbon analysis in two samples from the top of each core. Other methods used to corroborate chronology were the establishment of biozones based on the planktonic foraminifera Globorotalia menardii and Pulleniatina obliquiloculata, used in both sediment cores; oxygen isotope analysis on the planktonic foraminifera Globigerinoides ruber in samples from KF-13; and magnetic susceptibility data for KF-14. With the exception of radiocarbon, other methods do not provide absolute ages, making it necessary therefore to compare with other stratum of known ages. Data from SPECMAP were used enabling inference of marine isotopic stages for this sediment cores. Once the stratigraphy was established based on the carbonate content, it was possible to identify the climate conditions in which the sediments were deposited. Carbonate content curves for both cores along with the oxygen isotope data for the KF-13 and KF-14 magnetic susceptibility data were compared with the oxygen isotope curve from SPECMAP, inferring approximate ages for some of the features presented. Identified foraminiferal biostratigraphic zones were used to estimate the approximate ages in certain points along the core, along with radiocarbon dating. Once this chronology was established, it was possible to calculate sedimentation rates along the sediment cores. The results here presented demonstrate the importance of carbonate content variations in sediment cores as a means to understanding climate variations.

Estudos paleoceanográficos são baseados em indicadores indiretos, ou seja, informações sedimentológicas, paleontológicas e geoquímicas que refletem as condições ambientais dos oceanos no passado geológico. Processos tafonômicos como a dissolução podem enviesar a informação contida nestes indicadores. Porém, quando corretamente identificada, a dissolução pode se tornar uma ferramenta para caracterizar mudanças oceanográficas, como variações na distribuição das massas d’água e a acidificação dos oceanos. O objetivo deste estudo é entender como ocorre este enviesamento, identificar indicadores que determinam a presença ou ausência da dissolução e identificar alterações oceanográficas no Quaternário tardio da Bacia de Pelotas em função deste processo. Esta tese compreende várias etapas, incluindo a realização de experimentos de dissolução em varias espécies de foraminíferos provenientes do oeste do Atlântico Sul, a comparação entre dados de fauna de foraminíferos planctônicos de sedimento com as condições ambientais do oceano Atlântico Sul e, finalmente, as análises de testemunhos do Quaternário tardio da Bacia de Pelotas (foraminíferos, cocolitoforídeos, teor de carbonato, granulometria, δ18O, AMS 14C). Os experimentos geraram um ranking de susceptibilidade à dissolução para foraminíferos, identificando Orbulina universa e Hoeglundina sp. como bons indicadores de pouca dissolução, além de identificar a razão entre foraminíferos planctônicos e bentônicos como imprópria para indicar o grau de dissolução. A análise da fauna de foraminíferos planctônicos do Atlântico Sul identificou maior enviesamento por condições ambientais de fundo em áreas com massas d’água mais corrosivas provenientes do sul, bem como o viés observado nas espécies frágeis pode ser relacionado aos erros em estimativas de paleotemperaturas baseadas em censos de fauna. Baseado nos indicadores aqui elaborados, combinado com outros indicadores comuns, as alterações oceanográficas na Bacia de Pelotas indicam um aumento da dissolução em períodos glaciais em função do avanço da Água Antartica de Fundo e da Água Circumpolar Superior. Finalmente, na parte conceitual desta tese, é proposta uma definição de zona tafonômicamente ativa para sistemas pelágicos, que deve considerar a coluna d’água como seu limite superior. / Paleoceanographic studies are based on proxy data, i.e. sedimentological, paleontological and geochemical information that reflect the environmental conditions of the oceans in the geological past. Taphonomic processes such as dissolution may bias the information contained in these proxies. However, when correctly identified, dissolution can become a tool to characterize oceanographic changes, such as variations in the water masses distribution and acidification of the oceans. The purpose of this study is to understand how this bias occurs, to identify proxies that determine the presence or absence of dissolution and to identify late Quaternary oceanographic changes in the Pelotas Basin as a function of this process. This thesis comprises several stages, including dissolution experiments on several foraminifera species from the western South Atlantic, comparison between sediment plankton foraminifera fauna data with environmental conditions of the South Atlantic Ocean, and finally, the analyses of late Quaternary of the Pelotas Basin cores (foraminifera, coccolith, carbonate content, grain size, δ18O, and AMS 14C). The experiments generated a ranking of susceptibility to dissolution for foraminifera, identifying Orbulina universa and Hoeglundina sp. as good proxies of low dissolution, besides identifying the planktonic and benthic foraminifera ratio as inappropriate for indicating the degree of dissolution. The analysis of the planktonic foraminifera fauna of the South Atlantic identified greater bias due to bottom environmental conditions in areas with more corrosive water masses from the south, as well as the observed bias in fragile species may be related to errors in paleotemperature estimates based on fauna census counts. Based on the proxies developed here, and other indicators frequently used, the late Quaternary oceanographic changes in the Pelotas Basin indicate an increase of the dissolution in glacial periods due to the advance of Antarctic Bottom Water and Upper Circumpolar Deep Water. Finally, in the conceptual part of this thesis, a taphonomically active zone for pelagic systems is proposed, which should consider the water column as its upper limit.

A dinâmica paleoceanográfica no Oceano Atlântico Sudoeste ainda é pouco conhecida, com a maioria dos trabalhos descrevendo os últimos 25 mil anos. Neste estudo, foram utilizados como indicadores as assembleias fósseis de cocolitoforídeos (também chamados de nanofósseis calcários), isótopos estáveis de oxigênio e carbono (em testas do foraminífero planctônico Globigerinoides ruber), o conteúdo de carbonato nos sedimentos (fração < 0,63 μm) e datações radiocarbônicas. Foram analisados dois testemunhos, coletados no talude da Bacia de Campos, compreendendo os últimos 440 mil anos. Os resultados apontam que espécies do grupo “placolitoformes”, como Gephyrocapsa spp. e Emiliania huxleyi, e a espécie Florisphaera profunda, habitante da zona fótica inferior, dominaram a assembleia durante todo o intervalo estudado. Entre 440 - 410 mil anos a produtividade é alta, independente da alternância entre estágios glaciais/interglaciais (EIMs 12, 11, 10, 9, 8, 7 e 6). Boa parte deste intervalo de tempo está relacionada ao evento Brunhes médio, quando, no hemisfério sul, havia uma intensificação das circulações atmosférica e oceânica, aumentando a ressurgência costeira. Nos últimos 130 mil anos, existe alguma relação entre a produtividade e esta ciclicidade climática. De forma geral, pode-se dizer que os estágios interglaciais stricto sensu (EIMs 5e e 1) são menos produtivos que os demais (EIMs 5d-a, 4, 3 e 2). Durante estágios interglaciais, a Zona de Convergência Intertropical estaria deslocada para o norte, os ventos de nordeste associados à Alta Subtropical do Atlântico Sul teriam baixa intensidade e a Corrente do Brasil estaria enfraquecida, levando à manutenção da estratificação das águas. Já durante o estágio glacial, as condições inversas favoreceriam a ressurgência costeira. Ao longo dos últimos 130 mil anos, a produtividade máxima é atingida entre 14 - 6,5 mil anos (durante a deglaciação), podendo ser um reflexo dos acontecimentos do Último Máximo Glacial. Entre 440 - 140 mil anos, cocolitoforídeos parecem ter um pequeno papel no ciclo do carbono, transferindo carbonato das águas superficiais para o fundo marinho. Este papel aumenta nos 130 mil anos subsequentes. Durante todo o intervalo, espécies produtoras de pequenos cocólitos, como Gephyrocapsa spp. e Emiliania huxleyi, são as mais determinantes nesta transferência, por serem muito abundantes. / The paleoceanographic dynamic of the Southweast Atlantic is still poorly known, with most of the studies describing the last 25×103 years. In this work, fossil assemblages of coccolithophorids (also called calcareous nannofossils), oxygen and carbon stable isotopes (in shells of the planktonic foraminifera Globigerinoides ruber), the carbonate content in the sediments (< 0,63 μm fraction) and radiocarbon dating were used as indicators. Two sediment cores, recovered at the slope of Campos Basin, were analyzed, comprising the last 440×103 years. The results show that placolith-bearing species, such as Gephyrocapsa spp. and Emiliania huxleyi, and the Florisphaera profunda species, which inhabits the lower photic zone, dominated the assemblage during the whole study interval. Between 440-410×103 years there is high productivity, independent of the alternation between glacial and interglacial stages (MISs 12, 11, 10, 9, 8, 7 and 6). Much of this time interval is related to the mid-Brunhes event, when an intensified atmospheric and oceanic circulation is reported in the southern hemisphere, leading to increased coastal upwelling. Over the past 130×103 years, there was some relationship between the productivity and this climate cyclicity. In a general way, it can be said that stricto sensu interglacial stages (MISs 5e and 1) are less productive than the others (MISs 5d-a, 4, 3 and 2). During interglacial stages, a northward shift in the Intertropical Convergence Zone position would take place, together with a weakening of the northeast winds associated to the Southern Atlantic Subtropical High and a weakening of the Brazil Current, leading to the maintenance of the water stratification. On the other hand, during the glacial stage, the inverse conditions would be favorable to coastal upwelling. Over the last 130×103 years, maximum productivity is achieved between 14- 6,5×103 years (during deglaciation), which could be a reflection of the events of the Last Glacial Maximum. Between 440-140×103 years, coccolithophorids seem to have had a small role in the carbon cycle, transferring carbonate shallow waters to the seabed. This role seems to have increased in the following 130×103 years. During the whole interval, species that produce small coccoliths, such as Gephyrocapsa spp. and Emiliania huxleyi, are the most crucial in this transfer, because they are very abundant.

No description available.

Climate change, upwelling events, and local oceanographic events influence nutrient availability to primary producers in the ocean, which in turn affects the ratio of lighter to heavier isotopes, δ15N and δ13C, found in the primary producers of the ocean. When these primary producers die, they create sinking particulate organic matter (POMsink) which is taken up by the calcite and proteinaceous gorgonin rich coral Primnoa pacifica and integrated into their alternating concentric growth bands. Within this study, Primnoa pacifica from Glacier Bay Basin in Alaska is used as an environmental proxy to examine the δ15N and δ13C patterns and variations in the ocean and atmosphere over time. We examined the variations between each sample and compared the information to previously recorded data. δ15N and δ13C of four coral samples were compared using distance as a proxy for time. The approximate calculated ages of GB1 and GB2 were 28.2 and 40.6 years respectively. The δ13C results for this study were inconclusive because inorganic carbon from the calcite layer of the skeleton skewed the results. δ15N results showed much variation between samples.