Registros das razões isotópicas do oxigênio (d18O) e do carbono (d13C), juntamente com as taxas de crescimento de espeleotemas, precisamente datados pelo método U/Th, foram utilizados para reconstituição das variações de pluviosidade dos últimos 93 mil anos A.P. na região da Chapada Diamantina, porção central do Estado da Bahia. A reconstituição paleoclimática foi apoiada por estudo de calibração realizado em duas cavernas da região estudada, através do qual se obteve boa relação entre a assinatura isotópica da chuva e do d18O dos gotejamentos e evidências de condições ambientais propícias para deposição de espeleotemas em equilíbrio isotópico com a água de gotejamento. A interpretação climática dos dados de d18O dos espeleotemas considera também a análise da composição isotópica da água da chuva em face da pluviometria, a partir de dados de estações do IAEA-GNIP no Brasil e de simulações das variações do d18O da chuva através do modelo climático ECHAM-4. Esses dados indicam o fator amount effect, como relação preponderante na discussão de pluviosidade através dos registros de espeleotemas, a qual é caracterizada pela diminuição dos valores de d18O com o aumento do volume de chuvas. A partir dos registros de d18O dos espeleotemas foi possível reconstituir os padrões regionais de pluviosidade segundo o ciclo de insolação, como também identificar eventos de mudança abrupta de pluviosidade em escala milenar ocorridos durante o último período glacial e Holoceno. Em escala orbital, foi observado aumento (diminuição) da paleoprecipitação na Bahia durante fases de baixa (alta) insolação de verão (10ºS). Essa relação é evidente na maior parte do registro baiano com exceção do período entre 40 e 20 ky A.P., quando houve predomínio de clima seco, mesmo em fases de insolação baixa. No entanto, tal é relação inversa a que foi descrita em estudos paleoclimáticos do Sul/Sudeste do Brasil e dos Andes. Além disso, variações de paleopluviosidade da Chapada Diamantina estão em fase com as registradas nos trópicos do Hemisfério Norte, na China e Venezuela. Esses resultados indicam influência direta do sistema de Monções Sul-americana (MSA) sobre o regime de chuvas do Nordeste em longa escala de tempo, a qual é primariamente modulada pela intensidade da insolação de verão. Aumentos abruptos da paleopluviosidade em escala milenar, indicados por baixos valores de d18O e d13C, como pelas altas taxas de crescimento de espeleotemas, ocorreram durante predomínio de condições frias no Atlântico Norte, em períodos de grandes mudanças nas condições oceânicas, e são concomitantes com os eventos Heinrich e Younger Dryas. Já fortes diminuições foram observadas durante alguns eventos Dansgaard-Oeschger e Bølling-Allerød. Ao contrário do que foi observado durante os ciclos orbitais, o impacto no clima da Bahia atribuído a esses eventos é semelhante em todo país e também nos Andes, de acordo com estudo comparativo entre testemunhos marinhos/lacustres e espeleotemas. Esses eventos produz efeito na pluviosidade de regiões (sub)tropicais do Hemisfério Norte, assim como registrados em arquivos paleoclimáticos da China e Venezuela. O mecanismo mais provável para geração desses eventos está relacionado com mudanças na Atlantic Meridional Overturning Circulation (AMOC). Com a AMOC desintensificada durante eventos Heinrich no Hemisfério Norte, existe predomínio de um gradiente da temperatura da superfície do Atlântico tropical que favorece posicionamento da Zona de Convergência Intertropical mais a sul durante os eventos úmidos na Bahia. / Speleothem records of stable oxygen (d18O) and carbon isotope ratios (d13C) and speleothem growth rates, precisely dated by U/Th method, were used to reconstruct past changes in precipitation in the last 93,000 years B.P. from Chapada Diamantina region, Bahia State. The paleoclimatic reconstruction takes into account results from a calibration study performed in two caves in the Chapada Diamantina region. It was found a robust relationship between isotope signature in precipitation and cave drip water and also evidenced adequate environmental conditions for speleothem deposition in isotopic equilibrium with drip water. The interpretation of the speleothem d18O records is based on the relationship between isotope composition of precipitation and rainfall amount from IAEA-GNIP stations in Brazil and also results from climate experiments coupled with d18O in precipitation using ECHAM-4. These data indicate the amount effect as the dominant isotope fractionation factor controlling the d18O variations in meteoric water forming speleothems, which is characterized by a decrease in the d18O values with an increase in rainfall amount. Speleothem d18O records allow reconstructing the regional paleoprecipitation patterns on both orbital and millennial time-scales during last glacial period and Holocene. These records indicate an increase (decrease) in paleoprecipitation over central Bahia during low (high) summer insolation (10ºS) phases. This relationship is evident is most of this new speleothem record, except in the period between 40 and 20 ka B.P., when dry climate conditions predominate in the region even during the low insolation phases. However, this relationship is exactly the contrary of the one reported from southern/southeastern Brazil and Central Andes paleoclimate studies. Furthermore, the precipitation variations in Chapada Diamantina are in phase with records from Northern Hemisphere on orbital time-scales, particularly from China and Venezuela. These results suggest a direct influence of the South American Monsoon System (SAMS) on long-term changes in precipitation over northeastern Brazil, which is primarily controlled by gradual changes in summer insolation. Abrupt wet events are defined on millennial time-scales in the Chapada Diamantina records by low values of d18O e d13C and high speleothem growth rates. They occurred under prevalence of cold conditions in Northern Hemisphere, triggered by major changes in oceanic circulation in Atlantic Ocean, during Heinrich and Younger Dryas (YD) events. On the other hand, abrupt decreases in regional precipitation are coincident with some of the Dansgaard-Oeschger (D-O) e Bølling-Allerød (B-A), which are typical warm events in Northern Hemisphere. However, differently from the isotope-climate relationship established on orbital times, the impact of these millennial events on the precipitation variations of Bahia is similar to what is documented in speleothem, lake and marine records from Brazil and Central Andes and opposite to changes described in China and Venezuela, among many other records from Northern Hemisphere. The climate mechanism behind the origin of these millennial events is associated with changes in the Atlantic Meridional Overturning Circulation (AMOC). The Heinrich events are linked to periods of weaker AMOC and sea surface temperature gradients that favor a mean southern position of Intertropical Convergence Zone, which results in very wet conditions in Bahia.

Growth rates, δ18O and δ13C of five stalagmites from the west coasts of North and South Islands, New Zealand, provide records of millennial-scale climate variability over the last ~75 kyr. Thirty-five uranium-series ages were used to provide the chronology. δ18O of stalagmite calcite was influenced by changes in moisture source region, temperature and both δ18O and δ13C primarily display a negative relationship with rainfall. To assist interpretation of climatic signals δ18O profiles were adjusted for the ice-volume effect. Changes in these proxies reflect changes in the strength of the circumpolar westerly circulation and the frequency of southwesterly flow across New Zealand. MIS 4 was a period of wet and cool climate lasting from 67.7 to 61.3 kyr B.P., expressed in the stalagmites by an interval of strongly negative isotope ratios and increased growth rate. This contrasts with less negative δ18O and δ13C, and slow growth, interpreted as dry and cold climate, during much of MIS 2. This difference between MIS 2 and MIS 4 provides an explanation for why glacial moraines in the Southern Alps of MIS 4 age lie beyond those deposited during the last glacial maximum (MIS 2). Heinrich events, with the exception of H0 (the Younger Dryas), are interpreted from high-resolution South Island stalagmite HW05-3, from Hollywood Cave, West Coast, as times of wetter and cooler climate. Minima in δ18O and δ13C (wet periods) occurred at 67.7-61.0, 56-55, 50.5-47.5, 40-39, 30.5-29, 25.5-24.3 and 16.1-15. kyr B.P. matching Heinrich events H6-H1 (including H5a) respectively. This demonstrates a robust teleconnection between events in the North Atlantic and New Zealand climate. Minima in δ18O also occurred at similar times in less well-dated North Island stalagmite RK05-3 from Ruakuri Cave, Waitomo. Speleothems from low-latitudes have revealed that Heinrich events forced southerly displacement of the Intertropical Convergence Zone. This caused steepening of the temperature gradient across mid-southern latitudes, increased westerly circulation and resulted in wet conditions on the west coast of both islands. Immediately following H1 in the HW05-3 stable isotope profiles is another excursion to more negative isotopic values, suggesting wet and cold climate, lasting from 14.6 to 13.0 kyr B.P. Such a climate on the West Coast at this time has been previously suggested from glacier advance (e.g. Waiho Loop moraine) and decreased abundance of tall trees on the landscape. This event occurred too early to be a response to H0, but is synchronous with a return to cool climate in Antarctica. Thus West Coast climate appears to have been sensitive to changes in Antarctica as well as the North Atlantic. Isotopic minima (wet and cool climate) in South Island stalagmite GT05-5, which formed during the Holocene, first occurred 4.6 kyr B.P. This began a series of four oscillations in isotope ratios, the last terminating when the stalagmite was collected (2006). Onset of these oscillations is associated with initiation of ice advance in the Southern Alps, and beginning of the Neoglacial. The last oscillation displays enriched isotope ratios lasting from 1.2 to 0.8 kyr B.P. succeeded by depleted ratios lasting until 0.15 kyr B.P., mirroring the Medieval Climate Optimum and Little Ice Age, respectively, of European palaeoclimate records.

A partir de registros isotópicos (\'delta POT.18\'O e \'delta POT.13\'C), das razões elementos traços/Ca e das taxas de crescimento de espeleotemas precisamente datados pelo método U-Th, foi possível realizar a reconstituição das mudanças de paleopluviosidade e de feições paleoambientais da região do norte do estado de Minas Gerais, com alta resolução para os últimos 28 mil anos. A interpretação do sinal climático embutido nos registros isotópico dos espeleotemas estudados são baseados em estudos prévios da série histórica de monitoramento das estações do IAEA-GNIP, em complemento com simulações das variações do \'delta POT.18\'O da chuva através de modelos climáticos computacionais, os quais indicam o fator amount effect como o principal mecanismo atuante na variação da composição isotópica das chuvas sobre a região. As variações de pluviosidade estão associadas à atividade da Zona de Convergência do Atlântico Sul (ZCAS), as quais foram utilizadas na reconstituição da variabilidade espacial do Sistema de Monções Sulamericano (SMSA) e da atuação das forçantes de insolação, oceânicas e variabilidade solar na modulação das mudanças climáticas na região desde o último período glacial. O registro paleoclimático do norte de Minas indica semelhança com as variações de pluviosidade da região nordeste do Brasil durante o período glacial entre 28 e 19 ka A.P., devido a mudanças na insolação de verão e/ou por influência da expansão do gelo no clima dos trópicos. Nesse período o registro isotópico mineiro indica condições relativamente secas, que contrastam com clima relativamente úmido registrado na região sudeste do país, assim como nas regiões tropicais dos altiplanos andinos. O padrão antifásico entre as regiões localizadas a leste e a oeste da ZCAS sugere uma migração para sudoeste do eixo de maior precipitação, relacionada ao fortalecimento da circulação meridional tipo Hadley e intensificação da alta da Bolívia. No período analisado, a intensificação da circulação zonal estabelecida entre a Alta da Bolívia e o Cavado do Nordeste estaria primariamente relacionada à maior convergência de umidade na Amazônia devido às baixas temperaturas da superfície do mar (TSMs) no Atlântico norte durante fases de maior expansão do gelo, quando a alta subtropical do Atlântico Norte e os ventos alísios de nordeste estariam mais fortalecidos. Eventos milenares de aumento de intensidade das Monções Sul-americanas durante o Glacial tardio, deglacial e Holoceno registrados em Minas Gerais são sincrônicos aos eventos abruptos frios documentados nas zonas de altas latitudes do Hemisfério Norte, a exemplo dos eventos Heinrich (2, 1), Young Dryas, 8.2 ky e eventos Bond (6, 5, 4, 2). Da mesma forma, durante os eventos quentes Dansgaard-Oescheger 2 e Bølling-Allerød foram registradas reduções da paleoprecipitação. Portanto, o bom acoplamento entre a atividade do SMSA no norte de Minas com as variações da temperatura da superfície do mar do Atlântico norte indica que, independente dos mecanismos responsáveis pelo desencadeamento de tais eventos, as mudanças na intensidade das Monções Sul-americanas se dão principalmente por teleconexão estabelecidas com condições climáticas nas zonas de altas latitudes do Hemisfério Norte, mais especificamente por alterações do gradiente de TSM do Oceano Atlântico. Ao longo do Holoceno, foi observado que o tempo de duração dos eventos abruptos de pluviosidade é mais longo durante o Holoceno Inferior e Médio e mais curto durante o Holoceno Superior. Essa relação sugere mudanças das condições de contorno do clima no transcorrer do Holoceno, possivelmente relacionadas à diminuição da cobertura de gelo no Hemisfério Norte a partir de 7 mil anos, que levou desativação da circulação termohalina que caracteriza os eventos Bond no hemisfério norte. / Relative changes in paleo-precipitation and also in paleoenvironment features were reconstructed for northern Minas Gerais State, central-eastern Brazil, during the last 28 ka B.P. The reconstruction is based on high resolution stable isotope (\'delta POT.18\'O e \'delta POT.13\'C), trace element ratios and growth rate records of speleothems precisely dated by U-Th method. The interpretation of climatic changes from the studied oxygen isotope records is taken into account the data from IAEA-GNIP monitoriting stations and from climate model simulations of \'delta POT.18\'O in precipitation, which points out to the amount effect as the dominant isotope fractionation factor controlling the \'delta POT.18\'O variations in meteoric water. The precipitation variations, associated to the activity of South American Convergence Zone (ZCAS), are used to reconstruct the spatial variability of South American Convergence Zone (SMSA) since last glacial period because of a forcing by insolation, ocean conditions e solar variability. The record from Northern Minas Gerais indicate similarities with precipitations variation documented in speleothem records from Northeastern Brazil from 28 to 19 ka B.P., because of changes in summer insolation and/or influence of glacial boundary conditions on tropical precipitation. In this period, higher 18O values of speleothems suggest the dominance of dryer conditions over the region, in contrast with the wetter climate recorded in other regions of South America such as southeastern Brazil and Andes Altiplano that are today located to the west of the ZCAS´s axis of activity. This antiphased pattern within the same continent suggest a migration of ZACS mean position to southwest due to intensification of Bolivian High and Nordeste Low upper level features in response to changes in Hadley and Walker circulation cells. Theses changes were primarily related to colder Sea Surface Temperatures in Atlantic ocean and increased rainfall over western Amazon region. Millennial-scale events of increase in monsoon precipitation during the Glacial, deglacial, and Holocene in northern Minas are synchronous with abrupt cold events recorded in the high latitude areas of North Hemisphere (N.H.), like Heinrich (2, 1), Young Dryas, 8.2 ky and Bond events. In the same way, dry periods in northern Minas were recorded during the Dansgaard-Oescheger 2 and Bølling-Allerød N.H. warm events. The coupling between the rainfall due to South America Monsoon System with sea surface temperature variation in the North Atlantic, points out to a teleconnection mechanism with climate conditions in North Atlantic ocean such the TSM gradient with the South Atlantic basin. Differences in duration of abrupt events of changes in precipitation between early and late Holocene are associated larger amplitude of TSM´s that characterize the Bond events over Atlantic Ocean. These differences were triggered by the stepwise ice melting after 7 thousand years ago.

<div><div><div><p>The radionuclide 10Be is produced in the atmosphere and is delivered to Earth’s surface in meteoric rain and aerosols. The stable nuclide 9Be is present in trace concentrations within rocks in Earth’s crust and is released via chemical weathering. Together, these two isotopes have been employed to study a wide range of Earth processes. Here I explore new terrestrial archives of Be isotopes: cave speleothems and terrestrial Mn-oxides. Until this point, these archives have barely been studied. Only one published dataset of Be isotopes in cave speleothems exists (Lundblad, 2006), and to my knowledge, terrestrial manganese oxides are yet to be explored. However, since speleothems and Mn-oxides precipitate from groundwater, they have the potential to encode temporal variations in the 10Be/9Be ratio of water and colloids in the vadose zone.</p><p>I develop a framework for using the 10Be/9Be ratio in the dissolved phase and/or secondary weathering products as a metric of chemical weathering rate. I am motivated by several over-arching questions:</p><ol><li><p>1) Which factor, or factors, is/are dominant in controlling Be isotopes in speleothems and terrestrial Mn-oxides?</p></li><li><p>2) Can Be isotopes in speleothems be used as a metric of weathering rate over time, particularly across glacial/interglacial cycles?</p></li><li><p>3) Can Be isotopes be used to date the formation of terrestrial Mn-oxides?</p></li></ol><p>I measure Be-isotope concentrations in speleothems from Soreq Cave, Israel. By applying an equation that I derive in this thesis, I use the temporal variation in the speleothem10Be/9Be ratio to calculate chemical weathering rates over the last 168 ka. Chemical weathering varies with independent proxies for temperature. The weathering-temperature relationship can be fit to an Arrhenius relationship, and the calculated activation energy (Ea) matches other field-based estimates for feldspar, an abundant mineral in the soil above the cave. In the Appendices I present additional results of Be-isotope measurements in a flowstone from Buffalo Cave in South Africa, as well as Mn-oxides from the Appalachians.</p></div></div></div>

L’objectif de cette thèse est d’utiliser la géochimie des spéléothèmes à travers une étude multi-proxy afin de reconstituer des changements environnementaux et climatiques dans le Sud-Ouest de l’Europe au cours de l’Holocène. Ce travail basé sur trois sites répartis entre l’Espagne et la France couvre les 14 000 dernières années. Cette région du sud-ouest de l’Europe, située à la confluence des hautes et des basses latitudes en fait une région particulièrement sensible à la fois à l’influence climatique de la région Nord-Atlantique mais également des régions Méditerranéenne et subtropicales Africaines et Asiatiques. Ce contexte particulier permet d’étudier idéalement l’impact des différents mécanismes climatiques agissant sur les modifications de son environnement. La répartition des sites d’étude a pour but de comparer les sites sous influence majeure Atlantique (Candamo, Nord Espagne), Méditerranéenne (Salamandre, SE France) ou sous influence mixte (Nerjà, sud Espagne). La compréhension des comportements géochimiques d’éléments clés, a constitué la première partie de cette étude. Après avoir établi un cadre temporel bien contraint (14C, U/Th), la géochimie élémentaire (éléments traces et terres rares) a été couplée à l’étude isotopique (87Sr/86Sr, d18O, d13C). Le rapport 87Sr/86Sr traditionnellement utilisé comme traceur de sources du Sr a été couplé à l’étude des variations élémentaires des éléments alcalins (Li, Rb, Cs) afin de déterminer des changements de sources des éléments (roche-mère ou de sol) dans les spéléothèmes. Le comportement de ces alcalins s’est également révélé lié à des modes de transports différents (particulaire, dissous ou liés à des complexes organiques) et l’utilisation du d13C et des terres rares (fractionnement terres rares légères et terres rares lourdes et anomalie en cerium) a permis de confirmer ou non ces hypothèses. La deuxième partie de ce travail a été d’appliquer ces mécanismes géochimiques à la détermination des processus hydrologiques et environnementaux et de les replacer dans le cadre climatique propre à chaque site d’étude. Ainsi, les éléments alcalins (Li, Rb, Cs) se sont révélés de bons indicateurs de phénomènes d'altération pouvant être liés à des changements climatiques (comme la transition entre le Bölling-Alleröd et le Younger-Dryas dans le site de la Salamandre), et/ou environnementaux (période de déforestation ou de mise en place de végétation à l’Holocène moyen dans le cas du site de Nerjà ou de Candamo). Ces événements pouvant donc se dérouler en contexte très différents (climat sec, déforestation, apports détritiques en climat humide par lessivage), le couplage à d’autres proxis est alors nécessaire pour préciser les conditions d'enrichissement de ces éléments alcalins. / The purpose of this thesis is to use speleothem geochemistry through a multi-proxy study to reconstruct environmental and climatic variations in southwestern Europe during the Holocene. This work, based on three sites distributed between Spain and France, covers the last 14,000 years. Due to its location at the confluence of the high and low latitudes, this region of south-western Europe is especially sensitive to both the influence of the North Atlantic climate but also the Mediterranean and subtropical African and Asian climate. This particular context allows to study ideally the impact of the different climatic mechanisms driving the modifications of its environment. The choice of the study sites’ distribution aims to compare sites with main Atlantic influence (Candamo, N Spain), Mediterranean (Salamandre cave, SE France) and mixt one (Nerjà, S Spain). The understanding of geochemical behavior was the first part of this study. After the establishment of a chronological frame (14C, U/Th), elemental geochemistry (trace elements and rare earth elements) and isotopic (87Sr/86Sr, d18O, d13C) was coupled. The 87Sr/86Sr isotope ratio, traditionally used as a source tracer for Sr, has been coupled to the study of elementary variations of alkali elements (Li, Rb, Cs) in order to determine changes in the contribution of bedrock and soil in speleothems. The behavior of these alkalis has also been shown to be related to different modes of transport (particulate dissolved or bound to organic complexes) and the use of d13C and rare earths (light rare earth and heavy rare earth fractionation and cerium anomaly) made it possible to confirm or not these hypotheses. The second part of this work was to apply these geochemical mechanisms to the determination of the hydrological and environmental processes and to place them in the specific climatic context of each study site. Thus, the alkali elements (Li, Rb, Cs) have proved to be good indicators of weathering phenomena that may be related to climate change (such as the transition between Bölling-Alleröd and Younger-Dryas in the Salamandre site), and/or environmental changes (period of deforestation or establishment of vegetation in the Middle Holocene in the case of the sites of Nerjà or Candamo). These events can thus take place in very different contexts (dry climate, deforestation, detrital inputs during wet climate by leaching) the coupling to other proxis is then necessary to specify the conditions of enrichment of these alkali elements.

A thesis submitted to the Faculty of Science, University of the Witwatersrand, Johannesburg, in fulfilment of the requirements for the degree of Doctor of Philosophy. Johannesburg, 2016. / In current Middle Stone Age research there is interest in understanding whether climatic and environmental factors played a role in behaviours related to subsistence, mobility patterns and material culture production. From a palaeoenvironmental perspective, the southern Cape is recognized as an important study region for exploring the link, if any, between past environmental conditions and key MSA occurrences. The research presented in this thesis aimed to contribute to the existing database of past environments in the southern Cape through the geochemical analysis of speleothems from a previously uninvestigated locality in the De Hoop Nature Reserve. Together, the De Hoop speleothems provide a discontinuous record of environmental change from marine oxygen isotope stage MIS 5a to MIS 3 (and the Holocene). Results from the De Hoop records indicate warm summer rain and C4 vegetation in early MIS 5a (c. 85 ka to 80 ka) but more variability by late MIS 5a (c. 79 ka to 74 ka). At Klasies River main site, also on the southern Cape coast, the upper MSA II is associated with the warm early MIS 5a conditions. At Blombos Cave, another important coastal MSA site, the Still Bay occurring within terminal MIS 5a was linked to warm but more variable late MIS 5a conditions. While early MIS 4 (c. 73 ka to 68 ka) was comparatively cooler, conditions were similar to those in early MIS 5a. From this research, the earlier phase of the Howiesons Poort at Klasies River main site and the Howiesons Poort at Klipdrift Shelter were correlated with the early MIS 4 conditions in De Hoop. By late MIS 4 (c. 67 ka to 60 ka), conditions remained cool, but were seemingly more variable than during the earlier part of this iii stage / GR2016

O Sistema de Monção Sul-americana (SMSA) e a Zona de Convergência Intertropical (ZCIT) são dois dos mais importantes sistemas de circulação que afetam o clima da América do Sul (AS). Enquanto houve um grande progresso no número de registros paleoclimáticos relacionados com a precipitação do SMSA nos Andes tropicais e nas porções sudeste, centroleste e nordeste do Brasil, ainda pouco se sabe sobre mudanças de paleo-pluviosidade na região do Centro-Oeste do Brasil. Na presente tese, foram estudados novos registros de paleo-precipitação baseados em mais de 5000 análises isotópicas de oxigênio e carbono em estalagmites coletadas em cavernas da região Centro-Oeste que cobrem os últimos ~33 mil anos, cuja cronologia se baseia em aproximadamente 200 análises U/Th. Esse estudo mostrou que a região do Mato Grosso do Sul foi mais úmida durante o Último Máximo Glacial (LGM - do inglês Last Glacial Maximum) em relação ao Holoceno médio. A correspondência desse cenário paleoclimático com o que foi documentado em outras áreas da AS indica a presença de um corredor de umidade durante o período do LGM que se estende desde o oeste amazônico até o sudeste do Brasil. Os eventos milenares caracterizados por oscilações na temperatura das regiões das altas latitudes do globo claramente afetaram a precipitação na região. O registro isotópico mostra que a região esteve mais úmida durante os eventos frios do Hemisfério Norte (Younger Dryas e Heinrich events) e mais seca durante os eventos quentes (Bolling-Allerod e Dansgaard-Oeschger). Essa relação teve como provável causa o fortalecimento/enfraquecimento do SMSA em função do posicionamento da ZCIT em resposta ao gradiente térmico inter-hemisférico. Durante o evento Heinrich 1 a região teve a presença de uma proeminente fase seca entre duas úmidas, esse fato foi reportado em outras regiões do Brasil e não parece estar conectado com as condições de temperatura das altas latitudes. A partir dos dados de alta resolução temporal das estalagmites coletadas no estado do Mato Grosso, foi realizado o estudo da variabilidade climática associada com atividade do SMSA ao longo nos últimos milênios que inclui os períodos de anomalias climáticas da Pequena Idade do Gelo e da Anomalia Climática Medieval, caracterizados na região como úmido e seco, respectivamente. Com o uso de técnicas de análises espectrais foi identificada uma persistente periodicidade de aproximadamente 210 anos na variabilidade do SMSA, a qual foi associada a influência da variabilidade solar no clima Em complemento, foi realizado um monitoramento isotópico e ambiental durante 4 anos nos sistemas cársticos onde as estalagmites foram coletadas. A comparação entre o \'delta\'\'POT.18\'O da água da chuva com a quantidade de precipitação e temperatura do ar evidencia o efeito quantidade (amount effect) como o principal modulador da variação isotópica na atmosfera. A relação isotópica entre o carbonato e a água meteórica, associados as condições do microclima da caverna, indica que o sinal isotópico da água da chuva foi preservado de forma suavizada nos espeleotemas, o que suporta o uso dos isótopos de oxigênio como indicador paleoambiental nas estalagmites dessas cavernas. / The South American Monsoon System (SAMS) and the Inter-Tropical Convergence Zone (ITCZ) are the two most important circulation systems affecting climate over tropical South America (SA). While an increasing number of paleoclimatic archives related to SAMS precipitation have recently been published, most of these paleoclimate reconstructions are located along the eastern slope of the tropical Andes or in southeastern SA. In central SA, most proxy records consist of pollen-based vegetation reconstructions, but these show significant disagreements when compared to precipitation records further to the east and west. Here we present a new paleo-rainfall record based in more than 5.000 oxygen and carbon isotope samples from speleothems collected on two study sites from mid-west Brazil (states of Mato Grosso and Mato Grosso do Sul), chronologically constrained by almost 200 U/Th ages that cover the last ~33.000 years BP. This study shows wet conditions in the regions of Mato Grosso do Sul during the Last Glacial Maximum (LGM) in relationship to mid-Holocene. The comparison of our new record with others paleoclimate records from SA indicates a wet corridor during the LGM over west Amazon and southeast Brazil. The millennial events documented in the high latitudes of the northern hemisphere were evident in paleoprecipitation of Mato Grosso do Sul, the isotopic record shows wet conditions for the region during could period of the northern hemisphere (Yonger Dryas and Heinrich events) and dry conditions during warm periods (Bolling-Allerod and Dansgaard-Oeschger). This was due to strengthening/weakening of SAMS, which is ITCZ position dependent. During the event Heinrich 1, our record shown a dry phase between two wet intervals. This was also documented in central-east of Brazil and seems decoupled of high latitude climate conditions. For stalagmites collected in Mato Grosso state, we focus on the climate variability over the last two millennia using high resolution sampling (approximately 1 years sample spacing). This new record shows abrupt fluctuations in rainfall tied to variations in the intensity of SAMS, including the periods corresponding to the Little Ice Age (LIA) and the Medieval Climate Anomaly (MCA). Using spectral analyses, we show that changes in SASM activity is linked to solar variability with a distinct periodicity of 210 years. We also show our isotope and environmental monitoring over 4 years at the cave site, in order to support our paleoclimatic interpretation of the isotopic profiles obtained from the stalagmites. The systematic measurement of the oxygen isotopic composition of rainfall, drip water and associated fresh calcite at the caves indicates that the stalagmites from this region can be used as a proxy of the SAMS activity. The effect of seasonal temperature variability in the atmosphere is suppressed by the \"amount effect\" on the \'delta\'\'POT.18\'O values of rainfall. Inside the cave, the microclimate variability has a small effect on calcite \'delta\'\'POT.18\'O, not being significant over long time scales.

Utilizando registros isotópicos (\'delta\' \'POT.18\'O e \'delta\'\'POT.13\'C) de alta resolução, razões de elementos-traço em relação ao cálcio e taxas de crescimento de espeleotemas, precisamente datados pelo método U-Th, foi feita uma reconstrução da intensidade do Sistema de Monções Sul-Americano (SMSA) nos últimos 1500 anos na região do município de Bonito, Mato Grosso do Sul. O estudo do sinal climático, interpretado por meio de variações geoquímicas dos espeleotemas, foi realizado com base em estudos e comparações com dados instr umentais de uma estação meteorológica de Bonito, com dados de monitoramentos do IAEA - GNIP de Campo Grande e Cuiabá e com informações de modelos computacionais que simulam a variação de \'delta\'\'POT.18\'O em relação à intensidade das monções na América do Sul, o qual e stá relacionado com variação regional de pluviosidade. Apesar destes dados mostrarem que o amount effect é um dos fatores determinantes na variação das razões isotópicas dos espeleotemas, outros fatores como o degree of rainout upstream e a fonte de umidade (Amazônia x oceano Atlântico sul) também devem ser considerados importantes. Assim, a interpretação das razões de \'delta\'\'POT.18\'O é atribuída à intensidade do sistema de monções e, desta forma, à atuação da Zona de Convergência do Atlântico Sul (ZACS), principalmente associada à propagação de chuvas da região Amazônica para o centro-oeste e sudeste brasileiro. O registro paleoclimático de Bonito mostrou excelente coerência com variados tipos de registros de outros locais da América do Sul, e também com dados do Hemisfério Norte, evidenciando a influência de eventos de escala secular como MCA e LIA na intensidade das monções na América do Sul. A boa correlação entre algumas razões de elementos-traço com a precipitação mostra que o \"amount effect\" não controla totalmente os registros isotópicos. Análises de estatísticas de séries temporais aplicadas aos registros isotópicos e aos registros de elementos-traço permitiram a observação de vários eventos de freqüêcia decadal a multidecadal influenciando as monções da América do Sul. Os principais destes eventos são a NAO (North Atlantic Oscillation) e a AMO (Atlantic Multidecadal Oscillation), os quais, pelas flutuações de TSM no Atlântico Norte, desencadeiam teleconexões que têm resultados no posicionamento da Zona de Convergência Intertropical (Intertropical Convergence Zone - ITCZ) e da ZACS. / High-resolution isotope records (\'delta\'\'POT.18\'O e \'delta\'\'POT.13\'C), growth rates, elemental ratios in precisely dated speleothems by U/Th method are used to reconstruct the intensity of the South American Monsoon System (SAMS) during the 1500 years in Bonito Region, Mato Grosso do Sul. The interpretations of geochemical variations in speleothems are based on comparative studies with instrumental climatic data and at isotope measurements in rain water at IAEA - GNIP stations in Campo Grande and Cuiabá, as well as from climate model studies using oxygen isotope ratios as tracers of monsoon rainfall intensity. Despite of these data suggest that the \"amount effect\" is a dominant factor controlling the isotope variations in preci pitation, the \"degree of rainout upstream\" is considered also important because the distal influence of SAMS and South Atlantic Convergence Zone (SACZ) along the moisture transport tra jectory from Amazon to SE Brazilian Coast. The other significant factor to isotope composition to precipitation, therefore to speleothems, is the difference in moisture source area from Amazon Region (summer monsoonal precipitation) and Atlantic Ocean (extratropical regime). Bonito\'s paleoclimate Record indicate very good coherence with other records in South America and Northern Hemisphere, particularly in the response to the global scale climate events such as Medieval Climate Anomaly (MCA) e Little Ice Age (LIA) on summer precipitation. In these events were evidenced dryer and wetter conditions, respectively, not just from the stable isotope ratios but also from Sr/Ca and Ba/Ca ratios. Time series statistical analysis in the isotope and trace -element records showed that the SAMS is largely influenced by decadal to multidecadal events. In this regard, the most influent climate modes are the NAO (North Atlantic Oscillation) and the AMO (Atlantic multi Decadal Oscillation), with significant influence on the precipitation variability. In both cases these changes in precipitation are resulted from teleconection with Atlantic Ocean, which impacts the location of ITCZ and consequently the SACZ activity in Central-West Brazil.

O Sistema de Monção Sul-americana (SMSA) e a Zona de Convergência Intertropical (ZCIT) são dois dos mais importantes sistemas de circulação que afetam o clima da América do Sul (AS). Enquanto houve um grande progresso no número de registros paleoclimáticos relacionados com a precipitação do SMSA nos Andes tropicais e nas porções sudeste, centroleste e nordeste do Brasil, ainda pouco se sabe sobre mudanças de paleo-pluviosidade na região do Centro-Oeste do Brasil. Na presente tese, foram estudados novos registros de paleo-precipitação baseados em mais de 5000 análises isotópicas de oxigênio e carbono em estalagmites coletadas em cavernas da região Centro-Oeste que cobrem os últimos ~33 mil anos, cuja cronologia se baseia em aproximadamente 200 análises U/Th. Esse estudo mostrou que a região do Mato Grosso do Sul foi mais úmida durante o Último Máximo Glacial (LGM - do inglês Last Glacial Maximum) em relação ao Holoceno médio. A correspondência desse cenário paleoclimático com o que foi documentado em outras áreas da AS indica a presença de um corredor de umidade durante o período do LGM que se estende desde o oeste amazônico até o sudeste do Brasil. Os eventos milenares caracterizados por oscilações na temperatura das regiões das altas latitudes do globo claramente afetaram a precipitação na região. O registro isotópico mostra que a região esteve mais úmida durante os eventos frios do Hemisfério Norte (Younger Dryas e Heinrich events) e mais seca durante os eventos quentes (Bolling-Allerod e Dansgaard-Oeschger). Essa relação teve como provável causa o fortalecimento/enfraquecimento do SMSA em função do posicionamento da ZCIT em resposta ao gradiente térmico inter-hemisférico. Durante o evento Heinrich 1 a região teve a presença de uma proeminente fase seca entre duas úmidas, esse fato foi reportado em outras regiões do Brasil e não parece estar conectado com as condições de temperatura das altas latitudes. A partir dos dados de alta resolução temporal das estalagmites coletadas no estado do Mato Grosso, foi realizado o estudo da variabilidade climática associada com atividade do SMSA ao longo nos últimos milênios que inclui os períodos de anomalias climáticas da Pequena Idade do Gelo e da Anomalia Climática Medieval, caracterizados na região como úmido e seco, respectivamente. Com o uso de técnicas de análises espectrais foi identificada uma persistente periodicidade de aproximadamente 210 anos na variabilidade do SMSA, a qual foi associada a influência da variabilidade solar no clima Em complemento, foi realizado um monitoramento isotópico e ambiental durante 4 anos nos sistemas cársticos onde as estalagmites foram coletadas. A comparação entre o \'delta\'\'POT.18\'O da água da chuva com a quantidade de precipitação e temperatura do ar evidencia o efeito quantidade (amount effect) como o principal modulador da variação isotópica na atmosfera. A relação isotópica entre o carbonato e a água meteórica, associados as condições do microclima da caverna, indica que o sinal isotópico da água da chuva foi preservado de forma suavizada nos espeleotemas, o que suporta o uso dos isótopos de oxigênio como indicador paleoambiental nas estalagmites dessas cavernas. / The South American Monsoon System (SAMS) and the Inter-Tropical Convergence Zone (ITCZ) are the two most important circulation systems affecting climate over tropical South America (SA). While an increasing number of paleoclimatic archives related to SAMS precipitation have recently been published, most of these paleoclimate reconstructions are located along the eastern slope of the tropical Andes or in southeastern SA. In central SA, most proxy records consist of pollen-based vegetation reconstructions, but these show significant disagreements when compared to precipitation records further to the east and west. Here we present a new paleo-rainfall record based in more than 5.000 oxygen and carbon isotope samples from speleothems collected on two study sites from mid-west Brazil (states of Mato Grosso and Mato Grosso do Sul), chronologically constrained by almost 200 U/Th ages that cover the last ~33.000 years BP. This study shows wet conditions in the regions of Mato Grosso do Sul during the Last Glacial Maximum (LGM) in relationship to mid-Holocene. The comparison of our new record with others paleoclimate records from SA indicates a wet corridor during the LGM over west Amazon and southeast Brazil. The millennial events documented in the high latitudes of the northern hemisphere were evident in paleoprecipitation of Mato Grosso do Sul, the isotopic record shows wet conditions for the region during could period of the northern hemisphere (Yonger Dryas and Heinrich events) and dry conditions during warm periods (Bolling-Allerod and Dansgaard-Oeschger). This was due to strengthening/weakening of SAMS, which is ITCZ position dependent. During the event Heinrich 1, our record shown a dry phase between two wet intervals. This was also documented in central-east of Brazil and seems decoupled of high latitude climate conditions. For stalagmites collected in Mato Grosso state, we focus on the climate variability over the last two millennia using high resolution sampling (approximately 1 years sample spacing). This new record shows abrupt fluctuations in rainfall tied to variations in the intensity of SAMS, including the periods corresponding to the Little Ice Age (LIA) and the Medieval Climate Anomaly (MCA). Using spectral analyses, we show that changes in SASM activity is linked to solar variability with a distinct periodicity of 210 years. We also show our isotope and environmental monitoring over 4 years at the cave site, in order to support our paleoclimatic interpretation of the isotopic profiles obtained from the stalagmites. The systematic measurement of the oxygen isotopic composition of rainfall, drip water and associated fresh calcite at the caves indicates that the stalagmites from this region can be used as a proxy of the SAMS activity. The effect of seasonal temperature variability in the atmosphere is suppressed by the \"amount effect\" on the \'delta\'\'POT.18\'O values of rainfall. Inside the cave, the microclimate variability has a small effect on calcite \'delta\'\'POT.18\'O, not being significant over long time scales.

Utilizando registros isotópicos (\'delta\' \'POT.18\'O e \'delta\'\'POT.13\'C) de alta resolução, razões de elementos-traço em relação ao cálcio e taxas de crescimento de espeleotemas, precisamente datados pelo método U-Th, foi feita uma reconstrução da intensidade do Sistema de Monções Sul-Americano (SMSA) nos últimos 1500 anos na região do município de Bonito, Mato Grosso do Sul. O estudo do sinal climático, interpretado por meio de variações geoquímicas dos espeleotemas, foi realizado com base em estudos e comparações com dados instr umentais de uma estação meteorológica de Bonito, com dados de monitoramentos do IAEA - GNIP de Campo Grande e Cuiabá e com informações de modelos computacionais que simulam a variação de \'delta\'\'POT.18\'O em relação à intensidade das monções na América do Sul, o qual e stá relacionado com variação regional de pluviosidade. Apesar destes dados mostrarem que o amount effect é um dos fatores determinantes na variação das razões isotópicas dos espeleotemas, outros fatores como o degree of rainout upstream e a fonte de umidade (Amazônia x oceano Atlântico sul) também devem ser considerados importantes. Assim, a interpretação das razões de \'delta\'\'POT.18\'O é atribuída à intensidade do sistema de monções e, desta forma, à atuação da Zona de Convergência do Atlântico Sul (ZACS), principalmente associada à propagação de chuvas da região Amazônica para o centro-oeste e sudeste brasileiro. O registro paleoclimático de Bonito mostrou excelente coerência com variados tipos de registros de outros locais da América do Sul, e também com dados do Hemisfério Norte, evidenciando a influência de eventos de escala secular como MCA e LIA na intensidade das monções na América do Sul. A boa correlação entre algumas razões de elementos-traço com a precipitação mostra que o \"amount effect\" não controla totalmente os registros isotópicos. Análises de estatísticas de séries temporais aplicadas aos registros isotópicos e aos registros de elementos-traço permitiram a observação de vários eventos de freqüêcia decadal a multidecadal influenciando as monções da América do Sul. Os principais destes eventos são a NAO (North Atlantic Oscillation) e a AMO (Atlantic Multidecadal Oscillation), os quais, pelas flutuações de TSM no Atlântico Norte, desencadeiam teleconexões que têm resultados no posicionamento da Zona de Convergência Intertropical (Intertropical Convergence Zone - ITCZ) e da ZACS. / High-resolution isotope records (\'delta\'\'POT.18\'O e \'delta\'\'POT.13\'C), growth rates, elemental ratios in precisely dated speleothems by U/Th method are used to reconstruct the intensity of the South American Monsoon System (SAMS) during the 1500 years in Bonito Region, Mato Grosso do Sul. The interpretations of geochemical variations in speleothems are based on comparative studies with instrumental climatic data and at isotope measurements in rain water at IAEA - GNIP stations in Campo Grande and Cuiabá, as well as from climate model studies using oxygen isotope ratios as tracers of monsoon rainfall intensity. Despite of these data suggest that the \"amount effect\" is a dominant factor controlling the isotope variations in preci pitation, the \"degree of rainout upstream\" is considered also important because the distal influence of SAMS and South Atlantic Convergence Zone (SACZ) along the moisture transport tra jectory from Amazon to SE Brazilian Coast. The other significant factor to isotope composition to precipitation, therefore to speleothems, is the difference in moisture source area from Amazon Region (summer monsoonal precipitation) and Atlantic Ocean (extratropical regime). Bonito\'s paleoclimate Record indicate very good coherence with other records in South America and Northern Hemisphere, particularly in the response to the global scale climate events such as Medieval Climate Anomaly (MCA) e Little Ice Age (LIA) on summer precipitation. In these events were evidenced dryer and wetter conditions, respectively, not just from the stable isotope ratios but also from Sr/Ca and Ba/Ca ratios. Time series statistical analysis in the isotope and trace -element records showed that the SAMS is largely influenced by decadal to multidecadal events. In this regard, the most influent climate modes are the NAO (North Atlantic Oscillation) and the AMO (Atlantic multi Decadal Oscillation), with significant influence on the precipitation variability. In both cases these changes in precipitation are resulted from teleconection with Atlantic Ocean, which impacts the location of ITCZ and consequently the SACZ activity in Central-West Brazil.