Submitted by Biblioteca de Pós-Graduação em Geoquímica BGQ (bgq@ndc.uff.br) on 2017-06-28T17:17:17Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao_Mestrado_Douglas_Lessa.pdf: 3403575 bytes, checksum: c2258dd694038b2de4cd788d914d41c4 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-06-28T17:17:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao_Mestrado_Douglas_Lessa.pdf: 3403575 bytes, checksum: c2258dd694038b2de4cd788d914d41c4 (MD5) / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Universidade Federal Fluminense. Instituto de Química. Programa de Pós-Graduação em Geoquímica, Niterói, RJ / Dois box-cores e 15 amostras de sedimento de superfície de fundo foram coletadas na plataforma continental ao largo de Cabo Frio, com o s objetivos de reconstituir a variabilidade do sistema de ressurgência da Água Central do Atlân tico Sul (ACAS) durante o último, milênio utilizando foraminíferos planctônicos; e em um gradiente batimétrico, estudar os efeitos da profundidade sobre a assembléia de foram iníferos planctônicos e bentônicos. Seis espécies de foraminíferos planctônicos foram domina ntes sendo Globigerinoides ruber a mais abundante em todas as amostras. Além de G. ruber , Globoturborotalita rubescens e Globigerinella calida foram associadas à oligotrófica Água Tropical (AT) , enquanto Globigerina bulloides , Turborotalita quinqueloba e Globigerinita glutinata foram associadas à produtiva ACAS. O estudo da assembléia de foramin íferos no gradiente batimétrico revelou um forte aumento da razão planctônico/bentônico (P/ B) com a profundidade a partir de 86 metros, e um crescimento muito acelerado das abundâ ncias absolutas a partir de 110 metros. Também houve uma diferenciação das assembléias de f oraminíferos planctônicos entre profundidades mais rasas (55 – 100 metros) e mais p rofundas (100 – 125 m), sendo que as espécies indicadoras de águas frias e produtivas te nderam a ocupar o intervalo entre as isóbatas de 100 e 115 metros. O perfil BCCF06-03 re gistrou um período de quase 1.200 anos, com taxa de sedimentação variando entre 0,011 a 0,0 32 cm.ano -1 , enquanto o perfil BCCF06- 05 registrou o intervalo entre 960 e 540 anos AP co m taxa de sedimentação constante de 0,025 cm.ano -1 , e três principais fases de produtividade foram ob servadas. Os períodos correspondentes as fase I e II (1160 – 500 anos AP) foram marcados por uma anomalia negativa dos eventos El Niño, sendo que a primeira fase foi a mais produtiva na qual a associação entre G. bulloides e T. quinqueloba indicou ressurgências fortes, associadas a presença de fatores oceanográficos diferentes dos a tuais. Na segunda fase, estes fatores perderam importância, fazendo aumentar a freqüência dos foraminíferos associados a AT. Por fim a fase III (últimos 500 anos) foi caracterizada por um fortalecimento gradual da ressurgência na Pequena Idade do Gelo (PIG), indica das pelo aumento das abundâncias relativas de Neogloboquadrina dutertrei e Globigerina falconensis , no início da PIG e aumento das espécies G. bulloides e G. glutinata no auge da PIG, seguido por uma mudança significativa na oscilação da ressurgência a partir de 170 anos AP. A ressurgência na fase III foi associada a fatores atmosféricos: migração para o sul da Zona de Convergência Intertropical (ZCIT) durante a PIG e um aumento na variabilidade dos eventos El Niño nos últimos 170 anos. / Two box-cores and 15 bottom surface sediment samples were collec ted at continental shelf off Cabo Frio, with the purposes of reconstruct the variability of South Atlantic Central Water (SACW) upwelling system during the last millennium, using planktonic foraminifera; and in the bottom surface sediment, studying the depth eff ects upon benthic and planktonic foraminiferal assemblages. Six planktonic foraminif er’s species were dominant being Globigerinoides ruber the most abundant in all sediment samples. In addi ction to G. ruber , Globoturborotalita rubescens and Globigerinella calida were associated to oligothrophic Tropical Water (TW), while Globigerina bulloides , Turborotalita quinqueloba and Globigerinita glutinata were associated to SACW which is rich in nutrients . The study of foraminiferal assemblages through the bathymetric g radient revealed a strong growth of planktonic/benthic ratio (P/B) from 86 metres to 12 5 metres of depth, and an abrupt growth of absolute abundances starting at 110 metres. There w as also a difference in planktonic foraminiferal assemblages among the 100 and 115 iso baths. The box-core BCCF06-03 covered a period of 1.200 cal years, with sedimenta tion rate varying among 0,011 and 0,032 cm.ano -1 , while the box-core BCCF06-05 covered a period amo ng 960 and 540 cal years BP with constant sedimentation rate of 0,025 cm.ano -1 , and three main phases were observed. The correspondent period to phases I and II (1160 – 500 cal years BP) were marked by a negative anomaly of El Niño events, where the first phase wa s the most productive of box-cores, where the association between G. bulloides and T. quinqueloba indicated strong upwelling, associated to presence of different oceanographic f actors in relation to recent. The second phase, these oceanographic factors lost importance, doing rise the frequency of associated foraminifers to TW. In the latter, phase III (lasts 500 years) was characterized by a gradual strength of upwelling during the Little Ice Age (LI A), indicated by the relative abundances of Neogloboquadrina dutertrei and Globigerina falconensis in the beginning of LIA, and a increasing of G. bulloides and G. glutinata relative abundances at the maximum of LIA, followed by a significative change in the oscillati on from 170 cal years BP. The upwelling in the phase III was associated to atmospheric factors : south migration of Intertropical Convergence Zone (ITCZ) during the LIA, and a incre asing of El Niño events in the lasts 170 years.

Les morpho-espèces de foraminifères planctoniques sont composées d'éco-génotypes parfois différentiables sur la base de la morphologie de leur coquille. Cette découverte récente d'une diversité ainsi qualifiée de « pseudo-cryptique » ouvre des perspectives d'amélioration de la précision des reconstructions paléocéanographiques. Malheureusement, ces génotypes ont été définis de façon subjective et ne sont pas homogènes quant à leur rang taxonomique, ce qui est pourtant un pré-requis pour leur intégration dans les modèles de reconstruction. Grâce à l'application de méthodes quantitatives de délimitation d'unités taxinomiques sur les séquences partielles de la petite sous-unité ribosomale (SSU) disponibles chez l'ensemble des morpho-espèces de foraminifères planctoniques, nous montrons que 49 de ces génotypes sont suffisamment divergents pour constituer d'authentiques espèces. Deux morpho-espèces clefs de la paléocéanographie sont étudiées plus en détail. Chez Neogloboquadrina pachyderma, l'obtention des premières séquences complètes de la SSU et la comparaison morphogénétique de spécimens (sub)polaires permettent de proposer un nouveau scénario évolutif et de montrer que les variations morphologiques sont ici d'origine éco-phénotypique, et donc indépendantes de la diversité génétique. Chez Globigerinoides sacculifer, caractérisé par une forte diversité morphologique, il existe au contraire une seule et unique espèce cosmopolite dans les eaux (sub)tropicales de l'Océan mondial. Ces deux cas particuliers montrent que, contrairement à ce que suggéraient les études précédentes, la spéciation pseudo-cryptique n'a pas valeur de règle chez les foraminifères planctoniques / Morphospecies of planktonic foraminifera are clusters of eco-genotypes that show small but significant shell morphological differences (pseudo-cryptic species).This discovery opens a new perspective for improving the accuracy and resolving power of paleoceanographic reconstructions. Unfortunately, current genetic type delimitations suffer subjectivity, inducing non-homogenous taxonomic status while homogenous taxonomic status is a prerequisite for including genetic types in reconstruction models. By applying quantitative and complementary methods for taxonomic units delimitation to the available dataset of partial sequences of SSU (ribosomal small sub-unit), we delimited 49 genuine (pseudo)cryptic species of planktonic foraminifera. We studied two paleoceanographic key-species. Complete sequencing of the SSU and morpho-genetic comparison within austral (sub)polar genetic types of Neogloboquadrina pachyderma lead to a new phylogeographic hypothesis and showed that morphological variations are the result of ecophenotypic effects and are not related with genetic types. The morphologically diverse Globigerinoides sacculifer is the first case of a planktonic foraminifera morphospecies corresponding to a single genetic type distributed world-wide in (sub) tropical waters. These two cases show that, contrary to previous studies conclusions, pseudo-cryptic speciation is not a rule within planktonicForaminifera

The Atlantic meridional overturning circulation (AMOC) has a central role in the interhemispheric transport of heat and changes in its intensity are known to have profound impact on global climate. Disturbances in the AMOC are also supposedly associated with the past changes in marine productivity and oceanic uptake of atmospheric carbon dioxide, which contributed to the global climate changes that led to the termination of the last glacial cycle. Although the South Atlantic Ocean constitutes an important pathway for the return flow of the AMOC, the changing impacts of the AMOC especially in the subtropical western South Atlantic still remain elusive. In this study, high-resolution records of upper water column properties and productivity have been applied to reconstruct the evolution of oceanographic conditions in the subtropical western South Atlantic covering the last 40,000 years. The proxy records employed here are based both on faunal assemblages and on the stable oxygen isotopic composition of planktonic foraminifera from a marine sediment core collected off southern Brazilian continental margin (27°S). The main findings of the present study reveal, for the first time, enhanced primary productivity in the subtropical western South Atlantic during Heinrich Stadials along the last glacial, when the AMOC showed reduced strength. Additionally, this study reveals decreased primary productivity over the Last Glacial Maximum and the Younger Dryas, when the AMOC showed only moderate reductions. The most outstanding productivity decline is depicted after the Holocene inception, when the AMOC recovered its strength. Further, the findings of the present work also reveal that rather overall glacial-like conditions prevailed at the onset of the Holocene, before complete reinvigoration of the AMOC. Full interglacial configuration would only establish at approximately 9,000 years, when the AMOC fully recovered; although such interglacial setting would be abruptly interrupted during the Mid Holocene, accompanying a sudden reduction of the AMOC. Those findings suggest that the impact of the AMOC on the subtropical western South Atlantic would have played a critical role not only over the last glacial, but also throughout the glacial-interglacial transition and even under full interglacial conditions. The main hypothesis of this research is that the observed changes were triggered by the dynamics of the Brazil Current primarily driven by disturbances in the AMOC. / A célula de revolvimento meridional do Atlântico (AMOC) desempenha um papel central no transporte inter-hemisférico de calor e mudanças em sua intensidade têm profundo impacto sobre o clima global. Distúrbios na AMOC supostamente também estariam associados a alterações pretéritas na produtividade marinha e absorção oceânica de dióxido de carbono atmosférico, que contribuíram para mudanças no clima global e levaram à terminação do último ciclo glacial. Embora o Atlântico Sul constitua importante rota para o fluxo de retorno da AMOC, impactos de alterações na AMOC especialmente na porção subtropical do Atlântico Sudoeste ainda permanecem elusivos. Neste estudo, registros de alta resolução de propriedades da camada superior da coluna de água e de produtividade foram utilizados para reconstruir a evolução de condições oceanográficas na porção subtropical do Atlântico Sudoeste ao longo dos últimos 40,000 anos. Os indicadores empregados se baseiam na composição de assembleias faunísticas e de isótopos estáveis de oxigênio em foraminíferos planctônicos de testemunho sedimentar marinho coletado na margem continental sul do Brasil (27°S). Os principais resultados deste estudo revelam, pela primeira vez, aumento de produtividade primária na porção subtropical do Atlântico Sudoeste durante Heinrich Stadials ao longo do último glacial, quando a AMOC apresentou reduzida intensidade. Adicionalmente, o presente estudo revela diminuição de produtividade primária durante o Último Máximo Glacial e Younger Dryas, quando a AMOC apresentou apenas moderada redução. O declínio de produtividade mais proeminente é observado após o início do Holoceno, quando a AMOC recuperou sua intensidade. Os resultados do presente trabalho também revelam que, de modo geral, condições similares ao glacial prevaleceram no princípio do Holoceno, antes de completa retomada da AMOC. Plenas condições interglaciais apenas teriam se estabelecido há cerca de 9,000 anos, quando a AMOC foi completamente revigorada; embora plena configuração interglacial tenha sido abruptamente interrompida em meados do Holoceno, acompanhando repentina redução da AMOC. Estes resultados sugerem que o impacto da AMOC na porção subtropical do Atlântico Sudoeste teria desempenhado um papel crítico não apenas durante o último glacial, mas também ao longo da transição glacial-interglacial e mesmo sob plenas condições interglaciais. A principal hipótese deste estudo é de que as mudanças observadas foram ocasionadas por dinâmicas da Corrente do Brasil primariamente induzidas por distúrbios na AMOC.

The Atlantic meridional overturning circulation (AMOC) has a central role in the interhemispheric transport of heat and changes in its intensity are known to have profound impact on global climate. Disturbances in the AMOC are also supposedly associated with the past changes in marine productivity and oceanic uptake of atmospheric carbon dioxide, which contributed to the global climate changes that led to the termination of the last glacial cycle. Although the South Atlantic Ocean constitutes an important pathway for the return flow of the AMOC, the changing impacts of the AMOC especially in the subtropical western South Atlantic still remain elusive. In this study, high-resolution records of upper water column properties and productivity have been applied to reconstruct the evolution of oceanographic conditions in the subtropical western South Atlantic covering the last 40,000 years. The proxy records employed here are based both on faunal assemblages and on the stable oxygen isotopic composition of planktonic foraminifera from a marine sediment core collected off southern Brazilian continental margin (27°S). The main findings of the present study reveal, for the first time, enhanced primary productivity in the subtropical western South Atlantic during Heinrich Stadials along the last glacial, when the AMOC showed reduced strength. Additionally, this study reveals decreased primary productivity over the Last Glacial Maximum and the Younger Dryas, when the AMOC showed only moderate reductions. The most outstanding productivity decline is depicted after the Holocene inception, when the AMOC recovered its strength. Further, the findings of the present work also reveal that rather overall glacial-like conditions prevailed at the onset of the Holocene, before complete reinvigoration of the AMOC. Full interglacial configuration would only establish at approximately 9,000 years, when the AMOC fully recovered; although such interglacial setting would be abruptly interrupted during the Mid Holocene, accompanying a sudden reduction of the AMOC. Those findings suggest that the impact of the AMOC on the subtropical western South Atlantic would have played a critical role not only over the last glacial, but also throughout the glacial-interglacial transition and even under full interglacial conditions. The main hypothesis of this research is that the observed changes were triggered by the dynamics of the Brazil Current primarily driven by disturbances in the AMOC. / A célula de revolvimento meridional do Atlântico (AMOC) desempenha um papel central no transporte inter-hemisférico de calor e mudanças em sua intensidade têm profundo impacto sobre o clima global. Distúrbios na AMOC supostamente também estariam associados a alterações pretéritas na produtividade marinha e absorção oceânica de dióxido de carbono atmosférico, que contribuíram para mudanças no clima global e levaram à terminação do último ciclo glacial. Embora o Atlântico Sul constitua importante rota para o fluxo de retorno da AMOC, impactos de alterações na AMOC especialmente na porção subtropical do Atlântico Sudoeste ainda permanecem elusivos. Neste estudo, registros de alta resolução de propriedades da camada superior da coluna de água e de produtividade foram utilizados para reconstruir a evolução de condições oceanográficas na porção subtropical do Atlântico Sudoeste ao longo dos últimos 40,000 anos. Os indicadores empregados se baseiam na composição de assembleias faunísticas e de isótopos estáveis de oxigênio em foraminíferos planctônicos de testemunho sedimentar marinho coletado na margem continental sul do Brasil (27°S). Os principais resultados deste estudo revelam, pela primeira vez, aumento de produtividade primária na porção subtropical do Atlântico Sudoeste durante Heinrich Stadials ao longo do último glacial, quando a AMOC apresentou reduzida intensidade. Adicionalmente, o presente estudo revela diminuição de produtividade primária durante o Último Máximo Glacial e Younger Dryas, quando a AMOC apresentou apenas moderada redução. O declínio de produtividade mais proeminente é observado após o início do Holoceno, quando a AMOC recuperou sua intensidade. Os resultados do presente trabalho também revelam que, de modo geral, condições similares ao glacial prevaleceram no princípio do Holoceno, antes de completa retomada da AMOC. Plenas condições interglaciais apenas teriam se estabelecido há cerca de 9,000 anos, quando a AMOC foi completamente revigorada; embora plena configuração interglacial tenha sido abruptamente interrompida em meados do Holoceno, acompanhando repentina redução da AMOC. Estes resultados sugerem que o impacto da AMOC na porção subtropical do Atlântico Sudoeste teria desempenhado um papel crítico não apenas durante o último glacial, mas também ao longo da transição glacial-interglacial e mesmo sob plenas condições interglaciais. A principal hipótese deste estudo é de que as mudanças observadas foram ocasionadas por dinâmicas da Corrente do Brasil primariamente induzidas por distúrbios na AMOC.

Submitted by William Justo Figueiro (williamjf) on 2015-07-02T22:29:44Z No. of bitstreams: 1 15.pdf: 39663757 bytes, checksum: 35a8b1465596e46a11f9214e5848bf7c (MD5) / Made available in DSpace on 2015-07-02T22:29:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 15.pdf: 39663757 bytes, checksum: 35a8b1465596e46a11f9214e5848bf7c (MD5) Previous issue date: 2011 / UNISINOS - Universidade do Vale do Rio dos Sinos / O zoneamento climático estabelecido a partir de foraminíferos planctônicos para dois testemunhos coletados no talude da bacia de Santos demonstrou o registro das oscilações climáticas dos últimos ~620 ka. Foram reconhecidas sete zonas e 14 subzonas, representadas por intervalos glaciais (zonas U, W e Y; subzonas U2, U1, W2, W1, Y2, Y1B e Y1A) e interglaciais (zonas T, V e X; subzonas V3, V2B, V2A, V1, X3 a X1) do Pleistoceno e o Holoceno (Zona Z). O plexo Pulleniatina permitiu a divisão da subzona V2 em duas (V2B e V2A) e forneceu ao longo das subzonas V3 e V2 oito horizontes para a correlação regional. O controle do sentido de enrolamento de Globorotalia truncatulinoides auxiliou o reconhecimento dos limites entre as subzonas U2/U1, V2B/V2A, X3/X2 e X2/X1, demonstrando ser uma ferramenta útil para o refinamento das zona/subzonas do Quaternário. A permanente presença de Globorotalia inflata sugere uma constante influência de águas frias e produtivas ao longo dos últimos ~620 ka, em especial na região sul da área de estudo. / QUATERNARY PALEOCLIMATIC ZONATION OF SANTOS BASIN BASED ON PLANKTONIC FORAMINIFERA. The climatic zones based on planktonic foraminifera, from two piston cores collected on the slope of the Santos Basin, has shown the record of climate oscillations over the last ~ 620 ka. Were recognized seven zones and 14 subzones, represented by glacial (zones U, W and Y; subzones U2, U1, W2, W1, Y2, Y1B, Y1A) and interglacial interval (zones T, V and X; subzones V3, V2B, V2A, V1, X1 to X3) of Pleistocene and the Holocene (zone Z). The Pulleniatina plexus permitted the division of subzone V2 into two (V2B and V2A) and provides eight regional correlation horizon along the subzones V3 and V2. The coiling direction of Globorotalia truncatulinoides helped the recognition of boundaries between subzones U2/U1, V2B/V2A, X3/X2 and X2/X1, showing as useful tool for the refinement of the zones and subzones of the Quaternary. The permanent presence of Globorotalia inflata suggests a constant influence of cold and productive waters over the past ~ 620 ka, especially in the southern of the study area.

Submitted by Biblioteca de Pós-Graduação em Geoquímica BGQ (bgq@ndc.uff.br) on 2017-09-26T16:37:19Z No. of bitstreams: 1 Dissertacao Aline Roberti da Silva.pdf: 3265958 bytes, checksum: 1613e551abbb25858a5f297c7609135f (MD5) / Made available in DSpace on 2017-09-26T16:37:19Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Aline Roberti da Silva.pdf: 3265958 bytes, checksum: 1613e551abbb25858a5f297c7609135f (MD5) / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Universidade Federal Fluminense. Instituto de Química. Programa de Pós-Graduação em Geoquímica, Niterói, RJ / Para a realização deste trabalho foram analisadas amostras sedimentares superficiais coletadas por box core e van Veen e distribuídas na área adjacente entre as bacias de Campos e de Santos, em especial próximo à região de Cabo Frio. O objetivo do trabalho foi caracterizar a distribuição das espécies de foraminíferos planctônicos recentes, relacionando-a às condições oceanográficas locais, o que pode favorecer trabalhos de reconstruções paleoceanográficas. As condições oceanográficas consideradas foram profundidade da coluna de água, temperatura da superfície do mar (TSM) e salinidade. A região estudada é influenciada por duas massas de água que constituem a Corrente do Brasil, sendo a Água Tropical (AT) superficial, quente, salina e oligotrófica e a Água Central do Atlântico Sul (ACAS) profunda, fria, com menor salinidade e alta produtividade. A predominância destas diferentes massas de água influencia a distribuição de determinadas espécies de foraminíferos planctônicos. Próximo a Cabo Frio ocorre o fenômeno de ressurgência costeira que favorece a subida da ACAS devido ao deslocamento da AT da região. Foram identificadas 31 espécies de foraminíferos planctônicos, mas apenas 14 delas apresentaram abundâncias relativas que contribuíram para o entendimento da influência das diferentes massas de água. Houve dominância da espécie Globigerinoides ruber, seguida de Globigerinita glutinata, Globoturborotalia rubescens e Globigerina bulloides. G. ruber e G. rubescens são características de águas quentes e oligotróficas o que as tornariam representantes da AT na região e G. glutinata e G. bulloides, de águas frias e ricas em nutrientes, sendo representantes da ACAS. Destas, apenas G. ruber foi encontrada mais abundantemente longe da costa e da região de ressurgência. A profundidade e a TSM se correlacionaram com o aumento da densidade de indivíduos e da riqueza de espécies e foram os fatores que mais influenciaram a distribuição de foraminíferos planctônicos. A análise de agrupamento separou as amostras em dois grupos, um próximo à costa e, consequentemente, à região de ressurgência, que apresentou maior contribuição de espécies correlacionadas à ACAS e menor contribuição de espécies de águas quentes, e o outro, em maiores profundidades e mais afastado da região de influência da ressurgência, que apresentou maior contribuição de espécies características da AT e menor contribuição de espécies de águas frias. Assim, a distribuição espacial de foraminíferos planctônicos identificada neste trabalho se apresentou significativamente relacionada às condições oceanográficas determinadas pela influência das massas de água. / In this work, we analyzed superficial sedimentary samples collected by box core and van Veen and distributed in the adjacent area between Campos and Santos basins, especially near Cabo Frio region. The objective was to characterize the distribution of recent planktonic foraminifera species, relating them to local oceanographic conditions, which can help paleoceanographic reconstructions works. The oceanographic conditions considered were water depth, sea surface temperature (SST) and salinity. The study area is influenced by two water masses forming the Brazil Current, which are the Tropical Water (TW), superficial, warm, saline and oligotrophic water, and the South Atlantic Central Water (SACW), which is deep, cold, with low salinity and high productivity. The predominance of these different water masses influences the distribution of certain planktonic foraminifera species. Near Cabo Frio region occurs a coastal upwelling phenomenon that favors the rise of SACW with the TW displacement. We identified 31 planktonic foraminifera species, but only 14 of them had a relative abundance that contributed to understand the influence of the different water masses. There was dominance of Globigerinoides ruber species, followed by Globigerinita glutinata, Globoturborotalia rubescens and Globigerina bulloides. G. ruber and G. rubescens are oligotrophic warm waters characteristic species that make them representatives of TW in the region and G. glutinata and G. bulloides, that are cold and rich in nutrients waters characteristic species, being representatives of SACW. Between these species, only G. ruber was found more abundantly distant from the coast and the upwelling region. Water depth and SST were correlated with planktonic foraminifera density and species richness and were the principal factors affecting the species distribution. Cluster analysis separated the samples into two groups, one of them near the coast and, consequently, the upwelling region, with higher contribution of species correlated with SACW and lower contribution of warm water species, and the other one occurring in deeper waters and further of the upwelling influence region that had higher contribution of TW characteristic species and lower contribution from cold water species. Therefore, the spatial distribution of planktonic foraminifera identified in this work was significantly related to oceanographic conditions determined by the influence of water masses.

Submitted by Biblioteca de Pós-Graduação em Geoquímica BGQ (bgq@ndc.uff.br) on 2016-09-19T17:07:03Z No. of bitstreams: 1 Tese UFF-UPMC Douglas Lessa.pdf: 6010651 bytes, checksum: 86b3d1d49b00abc23751b8883b42dfe0 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-09-19T17:07:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tese UFF-UPMC Douglas Lessa.pdf: 6010651 bytes, checksum: 86b3d1d49b00abc23751b8883b42dfe0 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Universidade Federal Fluminense. Instituto de Química. Programa de Pós-Graduação em Geociências - Geoquímica. Niterói, RJ / A presente tese teve o objetivo de reconstruir a paleoceanografia do Sistema de Ressurgência de Cabo Frio (SRCF) nos últimos 12.000 anos através da utilização de proxies ecológicos (comparação entre as assembleias do SRCF com as assembleias das áreas adjacentes com diferentes feições oceanográficas) e geoquímicos de foraminíferos planctônicos, além de obter maior conhecimento sobre a distribuição das espécies sob diferentes configurações oceanográficas, e avaliar e aplicar a recente metodologia de ablação a laser + ICP-MS para análises elementares em carbonatos de foraminíferos. Para isso, 34 topos de box-cores englobando o SRCF e as áreas adjacentes nas bacias de Santos e Campos e dois testemunhos a gravidade foram usados. O agrupamento das assembleias na Margem Continental do Rio de Janeiro (MCRJ) indicou a ocorrência de quatro principais biofáciess espacialmente bem-separadas: biofácies A - talude da bacia de Campos (contribuição de espécies tropicais e subtropicais caracterizando a frente da Corrente do Brasil, CB), biofácies B - bacia de Santos (maiores contribuições de espécies relacionadas à produtividade, caracterizando sinal de mistura de massas de água costeiras produtivas e oceânicas oligotróficas), biofácies C – setor norte do SRCF (contribuições de G. ruber e Globigerina bulloides, caracterizando ambiente de ressurgência com frequentes atenuações por águas quentes) e a biofácies D – setor sul do SRCF (contribuição de espécies indicadoras de águas frias e produtivas, caracterizando uma configuração influenciada pela ressurgência Ekman). Além disso, a distribuição espacial de Globoturborotalita rubescens revelou preferencia desta espécie por águas de plataforma continental e Globigerinella calida sendo associada a pós-ressurgência. Os testemunhos CF10-01B (mais distante da costa) e CF10-09A (mais próximo da costa) cobrem os últimos 11,5 e 7,1 ka cal, respectivamente sendo o primeiro mais influenciado pela Corrente do Brasil, expressando um sinal mais fraco da ressurgência que o segundo. No testemunho CF10-01B, o 18O de G. ruber foi mais variável que o 18O de G. bulloides apresentando dois períodos de diminuição após 9,0 ka cal AP e após 4,0 ka cal AP, enquanto o 18O de G. bulloides diminui após 9,0 ka cal AP e permanece constante até o topo. No testemunho CF10-09A, o 18O das duas espécies variaram de forma antagônica com uma mudança entre 5,0 e 4,5 ka cal AP onde o 18O de G. ruber diminui de -0,4 para -1,0 ‰ e o 18O de G. bulloides aumenta de -0,8 para 0,0 ‰. Os resultados da razão Mg/Ca obtidos pelo método de ablação a laser indicaram uma heterogeneidade intra-câmara que resultou em uma incerteza de 1,49°C para reconstruções com G. ruber e 0,6°C para G. bulloides, assim como amplitudes individuais de 3,0 a 4,0 mmol/mol para G. ruber e de 3,0 a 5,0 mmol/mol para G. bulloides e diferenças significativas entre a última câmara (f) e as anteriores (f-1 e f-2) para as duas espécies. Tais efeitos foram associados ao efeito vital de simbiontes, a grande amplitude de temperatura existente sazonalmente no SRCF e a migração das espécies para águas mais profundas durante a reprodução. As razões Mg/Ca obtidas pelo método clássico foram geralmente mais altas que as razões obtidas pelo método de ablação a laser (LA-ICP-MS) mas se aproximaram e apresentaram variação temporal semelhante aos valores médios obtidos nas câmaras f-1 e f-2. Dessa forma podemos usar a razão Mg/Ca média das câmaras f-1 e f-2 para reconstruções de paleotemperatura de superfície, habilitando também a utilização da diferença entre as razões Mg/Ca das câmaras anteriores e final de G. ruber para reconstruir a estratificação da água. Entretanto, a diferente variabilidade entre a razão Mg/Ca da câmara f de G. ruber e a razão média de G. bulloides indicou possíveis sucessões sazonais, o que nos fez associar as temperaturas reconstruída por G. bulloides como temperaturas da camada de máximo de clorofila, podendo ser associada a intensidade da ressurgência. O período de variação do nível do mar (11,5 – 6,0 ka cal AP) foi marcado pela presença de águas frias, produtivas e homogêneas associadas possivelmente à ressurgência costeira cuja contribuição diminuiu à medida que a transgressão seguia e a frente da CB se aproximava, alcançando um primeiro máximo entre 7,0 e 6,0 ka cal AP no ponto 1 e entre 6,0 e 5,5 ka cal AP no ponto 9, marcado por águas quentes na superfície e frias na subsuperfície. Entre 5,5 e 3,5 ka cal AP, a ressurgência gradualmente se intensifica com maiores efeitos próximo a costa e mais restrita a subsuperfície na porção distal. A influência costeira apresenta um aumento em 5,0 ka cal AP na porção proximal e 4,0 ka cal AP na região distal. Entre 3,5 e 2,5 ka cal AP um forte sinal de águas quentes pouco estratificadas foi observado com maior influência de águas oligotróficas no ponto 9 e mistura de águas costeiras e oceânicas no ponto 1. Após 2,5 ka cal AP, o SRCF adquire suas configurações atuais marcadas por eventos intensos de ressurgência na porção proximal da plataforma e mais restritos a subsuperfície na porção distal. Isso pode ser associado ao fortalecimento da ZCAS ligado a intensificação da monsão Sulamericana no Holoceno Superior devido ao aumento da insolação de verão. / This thesis aimed to rebuild the palaeoceanography of Cabo Frio Upwelling System (CFUS) in the last 12,000 years through the use of ecological (comparison between the CFUS assemblages and adjacent areas assemblages with different oceanographic features) and geochemical proxies of planktonic foraminifera, and obtain more knowledge about the distribution of species under different oceanographic settings, and evaluating and implementing the recent LA-ICP-MS methodology for elemental analysis in foraminifera carbonates. For this, 34 box-cores tops encompassing the CFUS and adjacent areas in the Santos and Campos basins and two gravity cores were used. The group analysis of the assemblages in the Rio de Janeiro Continental Margin (RJCM) indicated the presence of four major biofacies spatially well separated: biofacies A - Campos Basin continental slope (contribution of tropical and subtropical species characterizing the Brazil Current front, BC), biofacies B - Santos basin (largest contributions of productivity related species, characterizing a signal of mixing of coastal productive and oceanic oligotrophic waters), biofacies C - northern sector of CFUS (G. ruber and contributions of Globigerina bulloides, featuring environment with frequent attenuated upwelling by warm water intrusions) and biofacies D - southern sector of CFUS (contribution of cold and productive waters species, featuring the Ekman upwelling setting). In addition, the spatial distribution of Globoturborotalita rubescens revealed preference of this species for continental shelf waters and Globigerinella calida being associated with post-upwelling conditions. The cores CF10-01B (offshore) and CF10-09A (inshore) covered the last 11.5 and 7.1 ka cal, respectively being the first most influenced by the Brazil Current and expressing a weaker upwelling signal than the second. In the core CF10-01B, the G. ruber 18O was more variable than the G. bulloides 18O with two decreases after 9.0 ka cal AP and after 4.0 ka cal BP, while the 18O of G. bulloides decreased only after 9.0 ka cal AP and remains constant up to the top. In the core CF10-09A, the 18O of the two species varied opposite with a change between 5.0 and 4.5 cal ka AP where the 18O G. ruber decreases from -0.4 to -1.0 ‰ and 18O of G. bulloides increases from -0.8 to 0.0 ‰. Mg/Ca ratio results by laser ablation method indicated heterogeneity intra-chamber which resulted in uncertainties for reconstructions up to 1.49°C for G. ruber and up to 0.6°C for G. bulloides as well as individual amplitudes from 3.0 to 4.0 mmol/mol to G. ruber and 3.0 to 5.0 mmol/mol to G. bulloides and significant differences between the last chamber (f) and previous (f-1 and f-2) for both species. These effects were associated with the symbiont vital effect, the wide seasonal temperature range in the SRCF and species migration to deeper waters during reproduction. The Mg/Ca ratio generated by the traditional method were generally higher than the ratios Mg/Ca reconstructed through LA-ICP-MS, although, when compared to the average of f-1 and f-2 chambers only, the values show similar mean and variability indicating both methods agree in reconstruction for surface paleotemperatures. It also allows the use of difference between the ratios of final and previous chamber of G. ruber for paleostratification reconstructions. However, the distinct variability between G. ruber f chamber Mg/Ca ratios and average G. bulloides Mg/Ca ratio indicated possible seasonal succession, which made us associate the temperatures reconstructed by G. bulloides to chlorophyll layer temperatures which may be associated with upwelling intensity. The sea level rise (from 11.5 to 6.0 ka cal BP) was marked by the presence of cold productive and homogeneous waters, possibly associated with coastal upwelling whose contribution gradually decreased during the course of the transgression, followed by the penetration of BC front on the shelf, reaching a first maximum between 7.0 and 6.0 ka cal BP offshore and between 6.0 and 5.5 ka cal BP inshore, marked by warm surface waters and cold subsurface waters. Between 5.5 and 3.5 ka cal BP, the upwelling gradually intensifies mainly inshore and restricted to subsurface offshore. An increased coastal influence is also detected with peaks at 5.0 ka cal BP inshore and 4.0 cal ka BP offshore. Between 3.5 and 2.5 ka cal BP a strong signal of warm water was observed with greater influence of oligotrophic waters inshore and mixture of coastal and oceanic waters offshore. After 2.5 ka cal BP, the SRCF acquires its current settings marked by intense upwelling events, better expressed inshore and restricted to subsurface offshore. This change may correspond to an intensification of the SACZ linked to the strengthening of the South American Monsoon during the late Holocene due to the increase in summer insolation.

L’utilisation des coquilles carbonatées de foraminifères planctoniques comme marqueurs paléocéanographiques repose sur l’hypothèse fondamentale que chaque espèce morphologique correspond à une espèce biologique caractéristique d’un habitat spécifique. Cette relation empirique a été récemment remise en cause par des analyses moléculaires qui ont révélé la présence systématique de plusieurs espèces génétiques (espèces cryptiques) au sein des morpho-espèces actuelles. Il a été suggéré que ces espèces cryptiques ou génotypes, présentaient (1) des préférences biogéographiques et écologiques restreintes par rapport à leur morpho-espèce respective et (2) des différences morphologiques. Dans ce travail, nous avons caractérisé la diversité génétique, morphologique et écologique de 4 morpho-espèces clefs de la paléocéanographie, i.e. Orbulina universa, Truncorotalia truncatulinoides, Globoconella inflata et Globigerina bulloides. Cette étude repose sur le développement d’un protocole d’extraction ADN non destructif pour la coquille calcaire, permettant l’analyse conjointe de la variabilité génétique et morphologique d’un même individu. Les variations de forme ou de porosité de chacun des génotypes des morphoespèces ont été quantifiées. Il apparaît que le fort degré de plasticité morphologique largement documenté chez les foraminifères planctonique et jusqu’alors interprété comme écophénotypique, est au moins en partie la conséquence du regroupement de plusieurs génotypes présentant des morphologies et préférences écologique particulières. Sur la base de ces observations, des modèles de reconnaissance morphologique permettant d’identifier les génotypes à partir de la morphologie de la coquille, utilisables à l’échelle populationnelle, ont été développés. Afin de quantifier l’impact de l’intégration de la diversité cryptique dans les reconstitutions paléocéanographiques basées sur les assemblages de foraminifères planctoniques, les fonctions de transfert couramment utilisées ont été re-calibrées en intégrant les distributions restreintes des génotypes d’O. universa, T. truncatulinoides, G. inflata et G. bulloides. Ces re-calibrations conduisent à un degré de précision jusqu’alors jamais atteint dans les reconstructions paléocéanographiques basées sur les assemblages de foraminifères planctoniques. / The usefulness of calcareous shells of planktonic foraminifera as a paleoceanographic proxy relies on the key hypothesis that each morphospecies corresponds to a biological species with a specific habitat. This empirical relationship has been challenged since molecular analyses have revealed a significant level of cryptic genetic diversity among modern morphospecies of planktonic foraminifera. Previous workers have suggested that the cryptic species or genotypes (1) display narrower biogeographic and ecological ranges than their related morphospecies, and (2) exhibit shell morphological differences. In this work, we have characterized the genetic, morphological and ecological diversity among four planktonic foraminiferal morphospecies of significance in paleoceanography, i.e. Orbulina universa, Truncorotalia truncatulinoides, Globoconella inflata and Globigerina bulloides. Our study relies on the development of a new single-cell DNA extraction protocol that retains the shell, allowing direct morpho-genetic comparisons. Shape or porosity variations within each genotype have been quantified. It appears that the high degree of morphological plasticity widely documented in planktonic foraminifera and classically seen as ecophenotypy, is at least partly the spurious consequence of lumping several genotypes that display morphological and environmental preferences. Based on these observations, we developed several population-scale models, which allow recognition of the cryptic species based on their shell morphology. Finally, in order to quantify the impact of integrating cryptic diversity in assemblage-based aleoceanographic reconstructions, we have re-calibrated transfer functions based on the ecological ranges of the genotypes of O. universa, T. truncatulinoides, G. inflata and G. bulloides in the southern oceans. Such recalibrations led to a great, previously never reached improvement in the accuracy of the assemblage-based paleoceanographic reconstructions.

O objetivo da presente tese é o de documentar, em escala milenar, as variações paleoclimáticas e paleoceanográficas superficiais do Atlântico Sul Ocidental desde o Último Máximo Glacial. Com esta finalidade, foram obtidas estimativas de paleotemperatura, paleossalinidade e paleoprodutividade baseadas na análise de fauna de foraminíferos planctônicos, isótopos estáveis de oxigênio e carbono em Globigerinoides ruber e nove datações de radiocarbono em amostras de um testemunho coletado na Bacia de Santos. Os dados foram complementados com a reanálise de outro testemunho previamente coletado em outro setor da mesma Bacia. Os resultados demonstram que as mudanças paleoceanográficas registradas no período analisado podem ser parcialmente explicadas por variações na exportação de calor e sal para o hemisfério norte relacionadas à atividade da célula de transporte meridional e à configuração das correntes superficiais associadas à circulação atmosférica. Outra parte significativa da variabilidade parece estar relacionada à intensidade do Sistema de Monção da América do Sul resultante de variações na insolação de acordo com o ciclo de precessão. Os principais desvios da tendência de variação da composição isotópica da água do mar esperada em função das mudanças de insolação coincidem com os grandes pulsos de degelo ocorridos em torno de 19, 14 e 8,2 mil anos AP. / The goal of this thesis is to document the paleoclimatic and paleoceanographic changes occurred at the millennial scale since the Last Glacial Maximum at the surface Western South Atlantic. Paleotemperature, paleosalinity and paleoproductivity estimates were obtained for this purpose based on faunal changes of foraminifera assemblages, carbon and oxygen stable isotopes in Globigerinoides ruber and nine radiocarbon datings in a core retrieved at Santos Basin. These data were supplemented by the reanalysis of a second core previously analyzed from a different sector of the same basin. The results demonstrate that paleoceanographic changes recorded in the analyzed period may be partially explained by changes in the heat and salt export to the northern hemisphere related to the meridional overturning cell and the surface currents related to atmospheric circulation. Another significant portion of the observed variability seems to be related to changes in the strength of the South American Monsoon System resulting from insolation changes according to the precessional cycle. The main departures from the expected trend of variation in the isotopic composition of seawater related to insolation changes coincide with great meltwater pulses occurred around 19, 14, and 8.2 kyr BP.

Submitted by Biblioteca de Pós-Graduação em Geoquímica BGQ (bgq@ndc.uff.br) on 2017-09-27T14:22:18Z No. of bitstreams: 1 Dissertac...pdf: 4004750 bytes, checksum: c28f16763d698bcdf286109327f4a3a0 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-09-27T14:22:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertac...pdf: 4004750 bytes, checksum: c28f16763d698bcdf286109327f4a3a0 (MD5) / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Universidade Federal Fluminense. Instituto de Química. Programa de Pós-Graduação em Geoquímica, Niterói, RJ / A porção equatorial Oeste do Atlântico Sul é uma região-chave para o estudo das variabilidades climáticas, já que esta área é a principal saída de calor e sal para as altas latitudes do hemisfério norte através da Corrente Norte do Brasil. Esta transferência inter-hemisférica é um dos fatores cruciais para o funcionamento da circulação termohalina no oceano Atlântico, conhecida como Atlantic Meridional Overturning Circulation (AMOC). Baseado nisto, o objetivo deste trabalho é apresentar uma reconstrução da temperatura da superfície do mar (TSM) ao longo dos últimos 40.000 anos, em um intervalo que engloba o Ultimo Máximo Glacial (UMG) e o Holoceno. Para isto, foram empregados três testemunho sedimentares recuperados na margem Nordeste do Brasil. Dois destes testemunhos (MC 17/2 e MC 11/1) tiveram sua cronologia combinada, para juntos formarem um registro único do Holoceno. O terceiro testemunho (MC 10/3) enfoca o UMG e a fase de degelo até o início do Holoceno. Como proxies para a reconstrução paleoceanográfica da TSM foram empregados o isótopo estável de oxigênio (δ18Oc) do foraminífero planctônico Globigerinoides ruber (branco 250 – 300 μm), a Técnica do Análogo Moderno (TAM) e a análise faunística da assembleia de foraminíferos planctônicos na fração 150 μm. Os resultados para o UMG mostram a existência de dois cenários distintos que se separam em 21 k anos AP. Antes desta data condições mais frias na ordem de 2 ºC existiram na região, como ficou evidenciado pelos valores mais positivos do δ18Oc, pelas menores TSM reconstruídas pela TAM e pela maior abundância de foraminíferos planctônicos relacionados a produtividade e profundidade, como Globigerina glutinata, Neogloboquadrina dutertrei, Globorotalia truncatulinoides (dextral e sinistral) e Globorotalia inflata. Após 21 k anos AP uma forte transição ocorre no δ18Oc e na abundância absoluta de foraminíferos planctônicos, indicando a entrada de condições mais quentes na região, principalmente durante o evento Heinrich 1 (H1) e o Younger Dryas (YD). Este intervalo, que inclui a fase de degelo e parte do Holoceno é marcado pela redução das espécies relacionada a produtividade e profundidade e pelo aumento das espécies de águas quentes e superficiais. O retorno da espécie Globorotalia menardii em 21 k anos AP pode indicar a reativação do transporte de águas quentes do Oceano Índico para o Atlântico Sul realizado pela Corrente das Agulhas durante a fase de degelo. Os dados apresentados aqui demonstram que o Atlântico equatorial Oeste responde a entrada de água doce no Atlântico Norte e ao transporte de águas quentes via Corrente das Agulhas, e que o balanço destes dois fatores foi crucial para o retorno da AMOC no fim do UMG. Os resultados para o Holoceno mostraram que a região vem sofrendo um aumento progressivo da TSM da ordem de 1 ºC principalmente após o Holoceno médio, onde alterações nos padrões orbitais podem ter modificado a distribuição da energia solar no planeta. Análises espectrais sobre os dados mostram uma série de periodicidade quase cíclicas centradas em 4.1 – 3.8 kyr, 1.5 – 1.0 kyr, ~ 700 yr, 570 – 560 yr, ~ 390 yr, ~350 yr e ~ 330 yr e podem refletir a ação de forçantes climáticas externa (variabilidade solar) e internas (sistema oceano-atmosfera) transmitidas pela circulação termohalina globalmente. / The western equatorial Atlantic is a key region for the study of climate variability, as this area is the main source of heat and salt toward high latitudes of northern Atlantic through the North Brazil Current. This interhemispheric transfer is one of the crucial factors for the thermohaline circulation in the Atlantic Ocean, known as Atlantic Meridional Overturning Circulation (AMOC). Based on this, the aim of this work is to show a reconstruction of sea surface temperature (SST) over the last 40,000 years, into a range that comprises the Last Glacial Maximum (LGM) and Holocene. For this, we used three sedimentary records recovered in Northeast Brazilian margin. Two of these records (MC 17/2 e MC 11/1) were combined to generate a single record of Holocene. The last record comprises the LGM until the early Holocene. As proxies for the reconstruction of SST were employed the oxygen stable isotope (δ18Oc) of planktonic foraminifera Globigerinoides ruber (white 250 – 300 μm), the Modern Analogue Technique (MAT) and the assemblage of planktonic foraminifera in the size-fraction of 150 μm. The results for the LGM showed the existence of two different scenarios that were separated at 21 kyr BP. The heavier oxygen values recorded prior to 21 kyr BP demonstrated that the Last Glacial Maximum was up to 2ºC colder than Holocene. After 21 kyr BP, a strong shift to lighter values indicated the onset of warmer conditions during deglacial, especially during Heinrich event 1 and the Younger Dryas. The planktonic foraminifera assemblage as species related to productive or deep waters confirmed the conditions indicated by the oxygen composition; i.e., Globigerinita glutinata, Neogloboquadrina dutertrei, Globorotalia truncatulinoides (left and right coiling) and Globorotalia inflata were more abundant prior to 21 kyr BP. With the increase in the sea surface temperature after 21 kyr BP, the abundance of these species was reduced, particularly for G. glutinata and G. inflata, and the abundance of species found in warmer waters increased, especially for Globigerinella siphonifera. The species Globorotalia menardii, which was absent in the Last Glacial Maximum, reappeared after 21 kyr BP, which may have been a response to the Agulhas Leakage that released warmer waters into the South Atlantic at the beginning of deglacial. The data presented here indicate that the western equatorial Atlantic responded to the meltwater pulse at high latitudes of the northern Atlantic and to warm waters from the Indian Ocean. The balance between these two factors was crucial to the development of the Atlantic Meridional Overturning Circulation at the end of the LGM. The results of Holocene showed that the region has suffered a gradual increase in SST of around 1 ºC, mainly after the mid-Holocene, where changes orbital patterns may have changed the distribution of solar energy on the planet. Spectral analyzes on the data demonstrated a series of periodicities centered at 4.1 – 3.8 kyr, 1.5 – 1.0 kyr, ~ 700 yr, 570 – 560 yr, ~ 390 yr, ~350 yr e ~ 330 yr and can be related of climate forcing transmitted globally by the thermohaline circulation.