Com base na aplicação dos pressupostos da estratigrafia de seqüências, facilitado pela excelente qualidade dos dados sísmicos, foi realizado um estudo sistemático para entender como se processou o desenvolvimento da sedimentação siliciclástica/carbonática da porção sul da Bacia de Santos, durante o Mioceno. O banco de dados constituiu-se de uma malha sísmica multicanal, perfazendo aproximadamente 500 km de amostragem linear e dados de três poços. As técnicas de análise estratigráfica aplicadas foram: sismoestratigrafia e análise dos perfis de raio gama e sônico. O pacote carbonático Miocênico foi subdividido em cinco seqüências deposicionais. A partir daí estabeleceu-se um modelo de evolução paleoambiental e de correlação com os principais eventos globais de variação relativa do nível do mar. Os resultados indicaram que a sedimentação teve como fatores controladores e moduladores a glacio- eustasia associada às principais mudanças paleoclimáticas que ocorreram durante o Mioceno, assim como a halocinese, que teve forte influência no controle da paleobatimetria. Os dados globais indicaram para o Eomioceno condições climáticas mais amenas e para o Meso e Neomioceno, uma tendência geral de resfriamento. Diretamente relacionados a estas mudanças, predomina para o Eomioceno o caráter transgressivo dos sistemas deposicionais e para o Meso e Neomioceno, o regressivo. Esta tendência transgressiva, iniciada no Oligoceno, ocasionou o afastamento gradual das fontes de sedimentos siliciclásticos da área de estudo, permitindo condições propícias ao estabelecimento de uma sedimentação mista. No início do Mioceno, a deposição carbonática encontrava-se restrita às áreas proximais, desenvolvendo-se durante os tratos transgressivos. Nas fases finais do evento transgressivo, o nível de mar alto estabilizado/início de descida da curva eustática foram os principais momentos do desenvolvimento da sedimentação carbonática, tendo início a ampliação da sua área de ocorrência. / Based on the sequence stratigraphy and on the excellent quality of the seismic data, a systematic study was used to better understand the development of the siliciclastic / carbonatic sedimentation of the southern portion of Santos Basin, occurred during Miocene. The database includes a multichannel seismic data, with approximately 500 km of linear data, and 3 wells. The applied seismic techniques used, both seismic stratigraphy and well log analysis (gamma ray and sonic). The Miocene interval was subdivided into 5 depositional sequences, and a paleoenvironmental evolutionary model was established together with a correlation of global sea level variation. The results showed that the sedimentation was controlled by the glacio-eustasy associated with the main changes of the paleoclimate occurred in Miocene, as well as with the influence of the halokinesis. The global data indicated that in Early Miocene the climatic conditions start to cool, and then the Middle Mioceno and Late Miocene too. With a direct relationship with these changes, the transgressive characteristic of the depositional systems predominated in Early Miocene and regressive in Middle Miocene and Early Miocene. This transgressive tendency that started at Oligocene changed the source of siliciclastic sediments outside of the studied area, allowing good conditions for the mixed sedimentation to establish. In the beginning of Miocene the carbonatic sedimentation was restricted to the proximal areas, during the development of the transgressive tracts. At the end of the transgressive events, the maximum maximum flood was responsible for the main development of the carbonatic sedimentation, beginning the enlargement of the area.

Com base na aplicação dos pressupostos da estratigrafia de seqüências, facilitado pela excelente qualidade dos dados sísmicos, foi realizado um estudo sistemático para entender como se processou o desenvolvimento da sedimentação siliciclástica/carbonática da porção sul da Bacia de Santos, durante o Mioceno. O banco de dados constituiu-se de uma malha sísmica multicanal, perfazendo aproximadamente 500 km de amostragem linear e dados de três poços. As técnicas de análise estratigráfica aplicadas foram: sismoestratigrafia e análise dos perfis de raio gama e sônico. O pacote carbonático Miocênico foi subdividido em cinco seqüências deposicionais. A partir daí estabeleceu-se um modelo de evolução paleoambiental e de correlação com os principais eventos globais de variação relativa do nível do mar. Os resultados indicaram que a sedimentação teve como fatores controladores e moduladores a glacio- eustasia associada às principais mudanças paleoclimáticas que ocorreram durante o Mioceno, assim como a halocinese, que teve forte influência no controle da paleobatimetria. Os dados globais indicaram para o Eomioceno condições climáticas mais amenas e para o Meso e Neomioceno, uma tendência geral de resfriamento. Diretamente relacionados a estas mudanças, predomina para o Eomioceno o caráter transgressivo dos sistemas deposicionais e para o Meso e Neomioceno, o regressivo. Esta tendência transgressiva, iniciada no Oligoceno, ocasionou o afastamento gradual das fontes de sedimentos siliciclásticos da área de estudo, permitindo condições propícias ao estabelecimento de uma sedimentação mista. No início do Mioceno, a deposição carbonática encontrava-se restrita às áreas proximais, desenvolvendo-se durante os tratos transgressivos. Nas fases finais do evento transgressivo, o nível de mar alto estabilizado/início de descida da curva eustática foram os principais momentos do desenvolvimento da sedimentação carbonática, tendo início a ampliação da sua área de ocorrência. / Based on the sequence stratigraphy and on the excellent quality of the seismic data, a systematic study was used to better understand the development of the siliciclastic / carbonatic sedimentation of the southern portion of Santos Basin, occurred during Miocene. The database includes a multichannel seismic data, with approximately 500 km of linear data, and 3 wells. The applied seismic techniques used, both seismic stratigraphy and well log analysis (gamma ray and sonic). The Miocene interval was subdivided into 5 depositional sequences, and a paleoenvironmental evolutionary model was established together with a correlation of global sea level variation. The results showed that the sedimentation was controlled by the glacio-eustasy associated with the main changes of the paleoclimate occurred in Miocene, as well as with the influence of the halokinesis. The global data indicated that in Early Miocene the climatic conditions start to cool, and then the Middle Mioceno and Late Miocene too. With a direct relationship with these changes, the transgressive characteristic of the depositional systems predominated in Early Miocene and regressive in Middle Miocene and Early Miocene. This transgressive tendency that started at Oligocene changed the source of siliciclastic sediments outside of the studied area, allowing good conditions for the mixed sedimentation to establish. In the beginning of Miocene the carbonatic sedimentation was restricted to the proximal areas, during the development of the transgressive tracts. At the end of the transgressive events, the maximum maximum flood was responsible for the main development of the carbonatic sedimentation, beginning the enlargement of the area.

Na maioria das situações relacionadas aos estudos da Terra, um método geofísico não é suficiente para chegar a uma conclusão de uma questão específica, já que o mesmo é passivo de ambiguidades ou incertezas na interpretação. Para tal, se faz necessário que um ou mais métodos sejam integrados, gerando uma resposta que se aproxime do modelo real e com confiabilidade para que a mesma metodologia possa ser aplicada em outros casos similares, otimizando assim a utilização conjunta dos métodos. Partindo desse ponto o presente trabalho sugere a realização de uma Modelagem Gravimétrica 2-D, auxiliada por dados sísmicos e de poços, visando o mapeamento das estruturas profundas da bacia de Santos, já que o conhecimento sobre as mesmas é de grande importância para estudos tectônicos para reconstrução histórica da bacia que servem de parâmetro de entrada nos estudos de modelagem visando reconstruir os processos de geração, migração e acumulação de hidrocarbonetos. / In most situations related to Earth studies, a geophysical method is not sufficient to reach a conclusion of a specific issue, since it is Carrie ambiguities or uncertainties in your interpretation. For that reason, it is necessary integrate one or more methods for generating a response that approximates the real Earth with reliability so that the same methodology can be applied in other similar cases, thus optimizing the combined use of methods. From this point this project suggests the implementation of a 2D Gravity Modeling, aided by seismic and wells data, aimed at mapping the depth of the basement and your characterization in the northern portion of the Santos Basin, because knowledge about the crust is of great importance for tectonic studies of basin historical reconstruction that serve as input parameter in modeling studies aimed at reconstructing the processes of generation, migration and accumulation of hydrocarbons.

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

[pt] As plataformas continentais são grandes reservatórios de matéria orgânica, reflexo das altas taxas de produção primária e do aporte continental nessas províncias dos oceanos. O sedimento de fundo é um depósito natural para matéria orgânica e para diferentes tipos de poluentes. A composição bioquímica da matéria orgânica sedimentar permite identificar a sua origem e qualidade como alimento para organismos bentônicos heterotróficos. Deste modo, esta pesquisa teve como objetivo avaliar a qualidade nutricional da matéria orgânica sedimentar superficial da Bacia de Santos, localizada entre Cabo Frio (RJ) e o Cabo de Santa Marta (SC) através do teor de carbono biopolimérico, que representa a soma de carboidratos, proteínas e lipídios totais. Para isso, foram realizadas amostragens em 87 estações de coleta, em triplicata. Os biopolímeros orgânicos (proteínas, carboidratos e lipídeos totais) foram analisados separadamente após extração/digestão e medição por espectrofotometria de absorção molecular. Para carboidratos (CHO) obteve-se média de 1,23 ± 0,36 mgC g-1 de sedimento seco, para proteínas (PRT) esse valor foi de 1,06 ± 0,31 mgC g-1 de sedimento seco e para lipídios (LIP) a média foi de 0,32 ± 0,11 mgC g-1. O carbono biopolimérico (CBP) é resultado da transformação dos valores obtidos para os biopolímeros em equivalentes de carbono através de fatores de conversão. Para esse parâmetro obteve-se média de 2,63 ± 0,53 mgC g-1. O índice alimentar (IA) calculado para a matéria orgânica no sedimento apresentou valores que variaram de 28,7 até 65,7 porcento, indicando uma grande contribuição do CBP em relação ao carbono orgânico total. Também foi observada elevada variabilidade espacial do CBP em função da produtividade primária, processos biogeoquímicos e hidrodinâmicos da área. Por fim, a avaliação da qualidade do material orgânico presente no sedimento, feita através do CBP e do IA, indicou alta biodisponibilidade de alimento para os organismos bentônicos, principalmente na plataforma e talude médio. / [en] The continental shelves are large reservoirs of organic matter, reflecting the high rates of primary production and continental input into these ocean provinces. The bottom sediment is a natural repository for organic matter and for different types of pollutants. The biochemical composition of sedimentary organic matter allows us to identify its origin and quality as food for benthic heterotrophic organisms. Thus, this research aimed to evaluate the nutritional quality of the superficial sedimentary organic matter of the Santos Basin, located between Cabo Frio (RJ) and Cabo de Santa Marta (SC) through the biopolymer carbon content, which represents the sum of carbohydrates, proteins and total lipids. For this, sampling was carried out in 87 collection stations, in triplicate. The organic biopolymers (proteins, carbohydrates and total lipids) were analyzed separately after extraction/digestion and measurement by molecular absorption spectrophotometry. For carbohydrates (CHO) an average of 1.23 ± 0.36 mgC g-1 of dry sediment was obtained, for proteins (PRT) this value was 1.06 ± 0.31 mgC g-1 of dry sediment and for lipids (LIP) the average was 0.32 ± 0.11 mgC g-1. The biopolymer carbon (CBP) is the result of the transformation of the values obtained for the biopolymers in carbon equivalents through conversion factors. For this parameter an average of 2.63 ± 0.53 mgC g-1 was obtained. The food index (AI) calculated for organic matter in sediment showed values ranging from 28.7 to 65.7 percent, indicating a large contribution of CBP in relation to total organic carbon. High spatial variability of CBP was also observed as a function of primary productivity, biogeochemical and hydrodynamic processes in the area. Finally, the evaluation of the quality of organic material present in the sediment, through CBP and AI, indicated high bioavailability of food for benthic organisms, mainly in the platform and medium slope.

As células de recirculação interna dos giros subtropicais oceânicos são definidas por subdividilos em feições de circulação anticiclônicas adjacentes ao contorno oeste. A estrutura de recirculação interna do Giro Subtropical do Atlântico Sul (GSAS) difere daquelas originalmente propostas por Tsuchiya (1985), Reid (1989) e Stramma & Peterson (1991). Encontramos que, em termos médios, a recirculação interna é bi-partida na porção central da Bacia de Santos e confinada zonalmente no contorno oeste do GSAS. A célula de recirculação norte (CRN) se estende desde a Cadeia Vitória-Trindade (20º S) até 25-28º S, e é mais rasa e evidente na circulação do oceano superior. A célula de recirculação sul (CRS) se estende de 30º S até 40º S e é mais espessa verticalmente. Estas estruturas apresentam variações sazonais significativas e diferenças no regime de circulação, sendo a CRN mais baroclínica, e a CRS mais barotrópica. O exame de diferentes conjuntos de dados revelou que a recirculação interna do GSAS apresenta intensa atividade de mesoescala que se reflete na circulação oceânica na região do Pólo Pré-sal da Bacia de Santos. Esta atividade predomina, tanto nos domínios da Corrente do Brasil - Corrente de Contorno Intermediária (CB-CCI) quanto no do fluxo de retorno da CRN. Da análise de séries temporais, detectamos que o desvio padrão desses escoamentos é da mesma magnitude que a média, principalmente na região da CRN onde o seu sinal fica mascarado pela variabilidade. Adjacente ao contorno oeste, o desvio padrão da Topografia Dinâmica Absoluta (std-TDA) revela uma área de cisalhamento e, provavelmente, de instabilidade por conta da posição média do escoamento meandrante da CB para sul-sudoeste, com velocidades máximas superficiais de 0,8 m s-1 em jato cuja base se encontra a 600 m de profundidade; e paralelo a esse, um escoamento médio, também meandrante, para nordeste da borda externa da recirculação interna do GSAS, com velocidades máximas superficiais de 0,5 m s-1 em jato cuja base se encontra a 300 m de profundidade. Em 28º S, porção central da Bacia de Santos, a região de cisalhamento entre os jatos da CB e fluxo de retorno da CRN possui 2,5-3º (ou 277-330 km) de largura. Esta região nos mapas de std-TDA configura um \'Corredor de Vorticidade\', em que uma sucessão de pares vorticais ciclônicos e anti-ciclônicos, paralelos e confinados nesta faixa de maior variabilidade de mesoescala, modulam o comportamento horizontal tanto da CB quanto do relativamente menos intenso e mais raso fluxo de retorno da CRN na Bacia de Santos. Verticalmente, a variabilidade está confinada aos primeiros 400-600 m, sem direção predominante, e é essencialmente baroclínica em 1º modo. Por outro lado, as fracas componentes médias de velocidade (0,1-0,2 m s-1) no centro do corredor indicam que a estrutura vertical é majoritariamente de 2º modo baroclínico ao nível de 83 (64) % para o perfil médio zonal (meridional) de velocidades. Em síntese, a área de estudo, caracterizada por escoamentos médios relativamente fracos, é dominada por vórtices cujo ajustamento geostrófico é amplamente dominado pelo 1º modo baroclínico. Análises no domínio da freqüência mostram que as ondas que se propagam pelo Corredor de Vorticidade, vi possuem variabilidade vertical sem período dominante e energia dispersa, característica de espectro de \'ruído vermelho\'. Já a sua variabilidade horizontal superficial mostra periodicidades intra-sazonais, características de processos de larga e meso escalas. Das razões físicas que podem sustentar dinamicamente o processo de recirculação interna do GSAS, focamos no forçamento mecânico do vento, com base em um modelo analítico linear quase-geostrófico (QG) na configuração de 1½ camadas a partir do clássico modelo de Munk (1950). Conseguimos reproduzir as principais feições médias do GSAS com base em um vento idealizado. O exame de campos de função de corrente (? ) gerados a partir do modelo analítico, forçado por 8 diferentes conjuntos de tensão de cisalhamento do vento (TCV) médio zonal, revelou que existe uma variação inter-sazonal entre 30-40º S, o que sugere que a recirculação desloca-se meridionalmente, segundo a variação sazonal desses campos de TCV. Sob condições realistas de contorno e ventos idealizados em experimentos teóricos, observamos a estrutura de larga escala da recirculação interna do GSAS, meridionalmente alongada e zonalmente confinada no contorno oeste, e também a sua partição em dois subgiros. Os resultados modelados indicam que o forçamento pelo vento, a viscosa camada limite oeste gerada pelo atrito lateral e a geometria realista da quebra de plataforma podem ser os mecanismos de primeira ordem que explicam a recirculação interna do GSAS, em termos médios, com uma dinâmica linear simples. Entretanto, reconhecemos que outros fatores/fenômenos não abordados quantitativamente neste trabalho podem colaborar para explicar a bi-partição da recirculação interna do GSAS. O cenário proposto para esta interrupção da recirculação em 25-28º S envolveria o processo de acoplamento entre gradientes de TSM e variações na magnitude da TCV, onde se propagam ondas baroclinicamente instáveis. Este acoplamento incrementaria a taxa de crescimento dos meandros mais instáveis, associados a uma corrente de contorno oeste relativamente fraca, a CB (Spall, 2006). Hipotetizamos que estes processos combinados, recorrentes no tempo, explicariam fisicamente a \'interrupção\' da feição média de recirculação interna do GSAS na Bacia de Santos entre 25-28º S. Adicionalmente, o processo de circulação oceânica na área estudada não seria apenas governado pelo vento médio zonal de larga escala, mas também por uma componente termohalina e pelo forçamento de segunda ordem por clivagens/amálgamas entre feições vorticais. A existência da camada limite lateral de Munk pode ser conseqüência da interação média vortical na região do Corredor de Vorticidade. Estes forçantes poderiam explicar o caráter de alta variabilidade da circulação oceânica observada no Pré-sal da Bacia de Santos. / The inner recirculation cells of the subtropical gyres are defined due to their subdivision into anti-cyclonic circulation features near the western boundary. The mean pattern of the inner recirculation structure of the South Atlantic Subtropical Gyre (SASG) differs from those originally proposed by Tsuchiya (1985), Reid (1989) and Stramma & Peterson (1991). We found the inner recirculation double-partitioned and zonally-confined in the SASG western boundary, in the central portion of the Santos Basin. The northern recirculation cell (NRC) spans from Vitória- Trindade Chain (20º S) to 25-28º S, being shallower and more evident in the upper ocean circulation. The southern recirculation cell (SRC) spans from 30º S to 40º S, being vertically thicker. These recirculation structures show important seasonal variations and slant differences on the circulation pattern: the NRC is more baroclinic while the SRC is more barotropic. The analysis based on different data sets revealed intense mesoescale activity in the SASG inner recirculation that influences the oceanic circulation in the Pre-salt Cluster of the Santos Basin. The mesoescale features prevail on the Brazil Current - Intermediate Western Boundary Current (BC-IWBC) domain as long as on the NRC\'s return flux. The standard-deviation and the mean of these flows have similar magnitudes, respectively. Indeed, the variability of the flow masks the recirculation signal in the NRC area. Maps of standard-deviation from Absolute Dynamic Topography (std-TDA) showed a region adjacent to the western boundary, attributed to the mean flows horizontally sheared and probably their flux instability. The southsouthwestern meandering BC flow has maximum surface velocity of 0,8 m s-1 and 600 m deep base jet. Parallel to it, the north-northeastern meandering NRC return flux of the inner recirculation of the SASG has 0,5 m s-1 maximum surface velocity and 300 m deep base jet. This shearing region between the BC and the NRC return flux jets has 2,5-3º (or 277-330 km) width in the central portion of the Santos Basin at 28º S. Pairs of cyclonic and anti-cyclonic eddies succeed flowing paralleled and confined within it configuring a \'Vorticity Corridor\' likestructure. Therefore, this variability region modules the horizontal behavior of the BC and the relative weaker and shallower NRC return flows in the Santos Basin. Vertically, the variability is essentially of 1st baroclinic mode. Great part of it occupies the first 400-600 m water depth, with no predominant direction. We found seasonal stratification, which the geostrophic adjustment is mainly of 2nd baroclinic mode, with 83 (64) % adjust for the zonal (meridional) mean profile. Albeit of relative weaker mean flows (0,1-0,2 m s-1), the study area is eddy dominated wich are geostrophically adjusted to the 1st baroclinic mode. On the frequency domain, we found that the waves that propagate on the corridor have vertical variability with no dominant period and disperse energy (\'red noise\'), while horizontal surface variability showed intra-seasonal periods characteristic from large and mesoescale processes. Based on the physical reasons that could dynamically support the inner recirculation process, we focused on the mechanical forcing of the wind, by developing a linear quasi-geostrophic viii (QG) 1½ layer analytical model. We followed the classical Munk (1950) wind-driven model. We succeeded on reproducing the main features of the SASG based on an idealized wind. The stream-function (? ) output maps we computed from this model, based on 8 different zonal mean wind shear stress (WSS) climatology data sets, revealed us an inter-seasonal variation between 30-40º S. This suggests that the inner recirculation would dislocate meridionally according to seasonal variations of the WSS fields. Under realistic boundary conditions and by using three theoretical winds we found the inner large-scale recirculation feature of the SASG, meridionally-elongated and zonally-confined in the western boundary, as well as its doublepartition. The modeled results implies that the wind forcing, the western boundary viscous layer, and the realistic geometry of the continental shelf break are the mechanisms that explains in first order the inner recirculation of the SASG in mean terms, by a simple and linear dynamics. However, we recognize that other process not quantitatively evaluated would help to explain the partition of the inner recirculation of the SASG. The proposed scenario for this interruption of the recirculation at 25-28º S would involve the coupling process between sea surface temperature (SST) gradients and changes on the WSS magnitudes, in a baroclinically unstable wave propagation area. This coupling would enhance the most unstable meanders growth rate, which are associated to a weaker western boundary current, the BC (Spall, 2006). We hypothesized that these combined processes, recurring in a time frame, could physically explain the interruption of the inner recirculation of the SASG mean feature in the Santos Basin at 25-28º S. Additionally, the oceanic circulation process in the study area would not only be large scale wind-driven, but also driven by a thermohaline component and by a second order eddy-forcing due to cleavages/amalgams among eddy features. The existence of a Munk boundary layer can be consequence of the mean eddy interaction in the Vorticity Corridor region. These aspects could explain the high variability characteristic on the oceanic circulation we observed in the Pre-salt Cluster of the Santos Basin.

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.

As células de recirculação interna dos giros subtropicais oceânicos são definidas por subdividilos em feições de circulação anticiclônicas adjacentes ao contorno oeste. A estrutura de recirculação interna do Giro Subtropical do Atlântico Sul (GSAS) difere daquelas originalmente propostas por Tsuchiya (1985), Reid (1989) e Stramma & Peterson (1991). Encontramos que, em termos médios, a recirculação interna é bi-partida na porção central da Bacia de Santos e confinada zonalmente no contorno oeste do GSAS. A célula de recirculação norte (CRN) se estende desde a Cadeia Vitória-Trindade (20º S) até 25-28º S, e é mais rasa e evidente na circulação do oceano superior. A célula de recirculação sul (CRS) se estende de 30º S até 40º S e é mais espessa verticalmente. Estas estruturas apresentam variações sazonais significativas e diferenças no regime de circulação, sendo a CRN mais baroclínica, e a CRS mais barotrópica. O exame de diferentes conjuntos de dados revelou que a recirculação interna do GSAS apresenta intensa atividade de mesoescala que se reflete na circulação oceânica na região do Pólo Pré-sal da Bacia de Santos. Esta atividade predomina, tanto nos domínios da Corrente do Brasil - Corrente de Contorno Intermediária (CB-CCI) quanto no do fluxo de retorno da CRN. Da análise de séries temporais, detectamos que o desvio padrão desses escoamentos é da mesma magnitude que a média, principalmente na região da CRN onde o seu sinal fica mascarado pela variabilidade. Adjacente ao contorno oeste, o desvio padrão da Topografia Dinâmica Absoluta (std-TDA) revela uma área de cisalhamento e, provavelmente, de instabilidade por conta da posição média do escoamento meandrante da CB para sul-sudoeste, com velocidades máximas superficiais de 0,8 m s-1 em jato cuja base se encontra a 600 m de profundidade; e paralelo a esse, um escoamento médio, também meandrante, para nordeste da borda externa da recirculação interna do GSAS, com velocidades máximas superficiais de 0,5 m s-1 em jato cuja base se encontra a 300 m de profundidade. Em 28º S, porção central da Bacia de Santos, a região de cisalhamento entre os jatos da CB e fluxo de retorno da CRN possui 2,5-3º (ou 277-330 km) de largura. Esta região nos mapas de std-TDA configura um \'Corredor de Vorticidade\', em que uma sucessão de pares vorticais ciclônicos e anti-ciclônicos, paralelos e confinados nesta faixa de maior variabilidade de mesoescala, modulam o comportamento horizontal tanto da CB quanto do relativamente menos intenso e mais raso fluxo de retorno da CRN na Bacia de Santos. Verticalmente, a variabilidade está confinada aos primeiros 400-600 m, sem direção predominante, e é essencialmente baroclínica em 1º modo. Por outro lado, as fracas componentes médias de velocidade (0,1-0,2 m s-1) no centro do corredor indicam que a estrutura vertical é majoritariamente de 2º modo baroclínico ao nível de 83 (64) % para o perfil médio zonal (meridional) de velocidades. Em síntese, a área de estudo, caracterizada por escoamentos médios relativamente fracos, é dominada por vórtices cujo ajustamento geostrófico é amplamente dominado pelo 1º modo baroclínico. Análises no domínio da freqüência mostram que as ondas que se propagam pelo Corredor de Vorticidade, vi possuem variabilidade vertical sem período dominante e energia dispersa, característica de espectro de \'ruído vermelho\'. Já a sua variabilidade horizontal superficial mostra periodicidades intra-sazonais, características de processos de larga e meso escalas. Das razões físicas que podem sustentar dinamicamente o processo de recirculação interna do GSAS, focamos no forçamento mecânico do vento, com base em um modelo analítico linear quase-geostrófico (QG) na configuração de 1½ camadas a partir do clássico modelo de Munk (1950). Conseguimos reproduzir as principais feições médias do GSAS com base em um vento idealizado. O exame de campos de função de corrente (? ) gerados a partir do modelo analítico, forçado por 8 diferentes conjuntos de tensão de cisalhamento do vento (TCV) médio zonal, revelou que existe uma variação inter-sazonal entre 30-40º S, o que sugere que a recirculação desloca-se meridionalmente, segundo a variação sazonal desses campos de TCV. Sob condições realistas de contorno e ventos idealizados em experimentos teóricos, observamos a estrutura de larga escala da recirculação interna do GSAS, meridionalmente alongada e zonalmente confinada no contorno oeste, e também a sua partição em dois subgiros. Os resultados modelados indicam que o forçamento pelo vento, a viscosa camada limite oeste gerada pelo atrito lateral e a geometria realista da quebra de plataforma podem ser os mecanismos de primeira ordem que explicam a recirculação interna do GSAS, em termos médios, com uma dinâmica linear simples. Entretanto, reconhecemos que outros fatores/fenômenos não abordados quantitativamente neste trabalho podem colaborar para explicar a bi-partição da recirculação interna do GSAS. O cenário proposto para esta interrupção da recirculação em 25-28º S envolveria o processo de acoplamento entre gradientes de TSM e variações na magnitude da TCV, onde se propagam ondas baroclinicamente instáveis. Este acoplamento incrementaria a taxa de crescimento dos meandros mais instáveis, associados a uma corrente de contorno oeste relativamente fraca, a CB (Spall, 2006). Hipotetizamos que estes processos combinados, recorrentes no tempo, explicariam fisicamente a \'interrupção\' da feição média de recirculação interna do GSAS na Bacia de Santos entre 25-28º S. Adicionalmente, o processo de circulação oceânica na área estudada não seria apenas governado pelo vento médio zonal de larga escala, mas também por uma componente termohalina e pelo forçamento de segunda ordem por clivagens/amálgamas entre feições vorticais. A existência da camada limite lateral de Munk pode ser conseqüência da interação média vortical na região do Corredor de Vorticidade. Estes forçantes poderiam explicar o caráter de alta variabilidade da circulação oceânica observada no Pré-sal da Bacia de Santos. / The inner recirculation cells of the subtropical gyres are defined due to their subdivision into anti-cyclonic circulation features near the western boundary. The mean pattern of the inner recirculation structure of the South Atlantic Subtropical Gyre (SASG) differs from those originally proposed by Tsuchiya (1985), Reid (1989) and Stramma & Peterson (1991). We found the inner recirculation double-partitioned and zonally-confined in the SASG western boundary, in the central portion of the Santos Basin. The northern recirculation cell (NRC) spans from Vitória- Trindade Chain (20º S) to 25-28º S, being shallower and more evident in the upper ocean circulation. The southern recirculation cell (SRC) spans from 30º S to 40º S, being vertically thicker. These recirculation structures show important seasonal variations and slant differences on the circulation pattern: the NRC is more baroclinic while the SRC is more barotropic. The analysis based on different data sets revealed intense mesoescale activity in the SASG inner recirculation that influences the oceanic circulation in the Pre-salt Cluster of the Santos Basin. The mesoescale features prevail on the Brazil Current - Intermediate Western Boundary Current (BC-IWBC) domain as long as on the NRC\'s return flux. The standard-deviation and the mean of these flows have similar magnitudes, respectively. Indeed, the variability of the flow masks the recirculation signal in the NRC area. Maps of standard-deviation from Absolute Dynamic Topography (std-TDA) showed a region adjacent to the western boundary, attributed to the mean flows horizontally sheared and probably their flux instability. The southsouthwestern meandering BC flow has maximum surface velocity of 0,8 m s-1 and 600 m deep base jet. Parallel to it, the north-northeastern meandering NRC return flux of the inner recirculation of the SASG has 0,5 m s-1 maximum surface velocity and 300 m deep base jet. This shearing region between the BC and the NRC return flux jets has 2,5-3º (or 277-330 km) width in the central portion of the Santos Basin at 28º S. Pairs of cyclonic and anti-cyclonic eddies succeed flowing paralleled and confined within it configuring a \'Vorticity Corridor\' likestructure. Therefore, this variability region modules the horizontal behavior of the BC and the relative weaker and shallower NRC return flows in the Santos Basin. Vertically, the variability is essentially of 1st baroclinic mode. Great part of it occupies the first 400-600 m water depth, with no predominant direction. We found seasonal stratification, which the geostrophic adjustment is mainly of 2nd baroclinic mode, with 83 (64) % adjust for the zonal (meridional) mean profile. Albeit of relative weaker mean flows (0,1-0,2 m s-1), the study area is eddy dominated wich are geostrophically adjusted to the 1st baroclinic mode. On the frequency domain, we found that the waves that propagate on the corridor have vertical variability with no dominant period and disperse energy (\'red noise\'), while horizontal surface variability showed intra-seasonal periods characteristic from large and mesoescale processes. Based on the physical reasons that could dynamically support the inner recirculation process, we focused on the mechanical forcing of the wind, by developing a linear quasi-geostrophic viii (QG) 1½ layer analytical model. We followed the classical Munk (1950) wind-driven model. We succeeded on reproducing the main features of the SASG based on an idealized wind. The stream-function (? ) output maps we computed from this model, based on 8 different zonal mean wind shear stress (WSS) climatology data sets, revealed us an inter-seasonal variation between 30-40º S. This suggests that the inner recirculation would dislocate meridionally according to seasonal variations of the WSS fields. Under realistic boundary conditions and by using three theoretical winds we found the inner large-scale recirculation feature of the SASG, meridionally-elongated and zonally-confined in the western boundary, as well as its doublepartition. The modeled results implies that the wind forcing, the western boundary viscous layer, and the realistic geometry of the continental shelf break are the mechanisms that explains in first order the inner recirculation of the SASG in mean terms, by a simple and linear dynamics. However, we recognize that other process not quantitatively evaluated would help to explain the partition of the inner recirculation of the SASG. The proposed scenario for this interruption of the recirculation at 25-28º S would involve the coupling process between sea surface temperature (SST) gradients and changes on the WSS magnitudes, in a baroclinically unstable wave propagation area. This coupling would enhance the most unstable meanders growth rate, which are associated to a weaker western boundary current, the BC (Spall, 2006). We hypothesized that these combined processes, recurring in a time frame, could physically explain the interruption of the inner recirculation of the SASG mean feature in the Santos Basin at 25-28º S. Additionally, the oceanic circulation process in the study area would not only be large scale wind-driven, but also driven by a thermohaline component and by a second order eddy-forcing due to cleavages/amalgams among eddy features. The existence of a Munk boundary layer can be consequence of the mean eddy interaction in the Vorticity Corridor region. These aspects could explain the high variability characteristic on the oceanic circulation we observed in the Pre-salt Cluster of the Santos Basin.

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.

The Brazil Current (BC) is possibly one of the least studied western boundary currents (WBCs) in the world ocean. Its unique vertical structure makes this a different WBC in terms of velocity and transport. Although significant progress has been made over the last decade, the BC system variability within the Santos Bight (SB, 23°S-28°S) is very poorly understood despite its strategic role for Brazil in terms of energy. The BC thickens and changes its vertical structure and dynamical modal composition as it crosses the SB. As it enters the bight by trying to contour Cape Frio (Cf, 23°S), the BC is about 500 m deep. As the current leaves the bight south of Cape Santa Marta (CSM, 28°S) it is 1300 m. These differences in thickness and accompanying velocity vertical shear are due to the impinging branch of the intermediate South Equatorial Current (SEC) generating the so called Santos Bifurcation (SBi). We here investigate the subinertial variability of the BC system within the SB primarily using satellite altimetry data and some traditional spectral analysis techniques. We also analyzed quasi-synoptic observations of an oceanographic cruise, which was part of the IOUSP-PETROBRAS CERES Experiment. We identified that there are different phenomena occurring to the north and to the south of the bifurcation and this might be caused by the SBi feature itself and/or the consequential change in the BC vertical structure downstream. North of the SBi, we detected oscillations with period of 92 days and a wavelength of 490 km and which represent about a fifth of the BC variability at 25°S. The 92-day oscillations are nonlinear vorticity waves, which are originated to the east of 35°W and propagate zonally towards the BC axis. These waves then perturb the current exciting oscillatory motions of the same period and which propagate downstream. South of the SBi axis (~28°S), we identified two different maxima in the ω - κ spectrum. They correspond to oscillations with periods (wavelengths) of 68 and 148 days (397 km and 790 km). The longer wave is also a baroclinic first-mode nonlinear vorticity waves propagating with westward phase speed of the nondispersive planetary Rossby waves of same period. They are originated in the ocean interior and we were able to track its signal as far as 5°W. The 68-day waves has its existence limited to vicinities of the BC. Phase speeds have approximately the BC axis orientation and they can only be clearly detected between ~27°S and ~32°S. This propagating signal accounts with a variance of ~21% on the BC axis. Quasi-synoptic observations allowed the mapping of a anticyclone and a cyclone of such waves. They seem to have modal composition very similar to the BC itself, which might provide additional evidence of local origin. / A Corrente do Brasil (CB) é provavelmente a Corrente de Contorno Oeste (CCO) menos estudada dos oceanos mundiais. A sua estrutura vertical única es faz dela uma CCO diferente em termos de velocidade e transporte. Apesar dos avanços significativos na última década, a variabilidade da CB na Bacia de Santos (BS, 23°S-28°S) ainda é pouco conhecida, apesar do papel estratégico da região na matriz energética brasileira. A CB se espessa mudando a sua estrutura vertical e muda sua estrutura dinâmica no domínio da BS. Na região de Cabo Frio (23°S) a corrente tem cerca de 500 m de profundidade. Ao sair da BS na região do Cabo de Santa Marta (28°S) a corrente se estende até cerca de 1300 m. Estas variações na espessura da corrente e consequente diferença no cisalhamento vertical de velocidade ocorrem devido à presença da Corrente Sul Equatorial em nível intermediário na região gerando a Bifurcação de Santos (BiS). Neste trabalho investigamos a variabilidade subinercial da CB na Bacia de Santos usando primeiramente dado alimétrico e um conjunto de análise espectral. Foram depois estudados fenômenos geradores dessa variabilidade com dados quasi-sinóticos do um cruzeiro oceanográfico CERES V do conjunto IOUSP-PETROBRAS. Foram identificados fenômenos diferentes no norte e sul da Bifurcação de Santos e esta diferença é provavelmente devido à presença da bifurcação ou à mudança que esta causa na estrutura da CB. Ao norte da BiS foi identificada uma oscilação com período de 92 dias e comprimento de onda de 490 km explicando um quinto da variabilidade da CB em 25°S. A oscilação de 92 dias está relacionada com ondas de vorticidade não lineares originadas a leste da corrente em ~35°W e se propagam zonalmente até ao eixo da corrente. Estas ondas perturbam a corrente originando oscilações com mesmo período e que propagam ao longo do eixo da corrente. Ao sul da BiS (~27°S) foram identificados dois máximos no espectro κ - ω. Os máximos correspondem a oscilações com período (comprimento de onda) de 68 e 148 dias (397 e 790 km). A onda com maior comprimento de onda é também uma onda de vorticidade de primeiro modo baroclínico não linear propagando para oeste com velocidade de fase de ondas de Rossby não dispersivas. Estas ondas são originadas no interior da bacia oceânica e seu sinal foi identificado chegando até 5°W. A onda de 68 dias existe apenas no domínio da CB. Esta onda propaga fase num eixo aproximadamente paralelo à CB e são detadas de forma clara apenas entre ~27°S e ~32°S. Esta onda explica uma variância da CB de ~21% ao longo do seu eixo. Observações quasi-sinóticas permitiram mapear um anticiclone e um ciclone associado a essa onda. Os vórtices aparentam uma estrutura modal muito semelhante à da corrente.