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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.

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.

Investigating past changes in Earth's climate can provide useful information for assessing future climate change scenarios. Planktic foraminifera preserved in marine sediment are commonly used as a tool to reconstruct past environmental change. Here I present a combination of modern census and multinet data from the North Pacific, a new compilation of global census data, a new global calibration for Mg/Ca ratios in Neogloboquadrina pachyderma, and foraminifera assemblage, trace element, and boron isotope data from the North Pacific spanning the last deglaciation. New modern census data from the North Pacific shows that two key sub-polar proxy carrying species, N. pachyderma and Globigerina bulloides, predominantly live between 0-50 m in the water column. Global planktic foraminifera diversity is observed to be driven primarily by sea surface temperature, with upwelling and ocean productivity providing key secondary roles. In the North Pacific, a preservation bias of N. pachyderma over G. bulloides is observed when comparing multinet and core-top samples, highlighting the importance of tracking dissolution during downcore studies. To improve the use of Mg/Ca ratios in N. pachyderma downcore, I produced a new global calibration with a temperature sensitivity of 6 % per °C. This calibration was combined with boron isotope and Mg/Ca data from sediment core MD02-2489 to investigate changes in North Pacific circulation, productivity, and CO₂ during the last deglaciation. Two intervals of high surface CO₂ were observed, the first during Heinrich Stadial 1, where deep ventilation mixed CO₂ and nutrients throughout the water column. The second occurred during the Bølling-Allerød, where stratification pooled nutrients and CO₂ in surface waters, leading to enhanced productivity and CO₂ outgassing. Overall, this thesis improves the use of planktic foraminifera as tools for investigating past climate change and highlights the role of the North Pacific in deglacial CO₂ release.

Intra-archipelago waterways, including tidal strait networks, present a complex set of barriers to, and conduits for sediment transport between marine basins. Tidal straits may also be the least well understood tide-dominated sedimentary environment. To address these issues, currents, sediment transport pathways, and seabed sedimentology & geomorphology were studied in the central Salish Sea (Gulf and San Juan Islands region) of British Columbia, Canada and Washington State, USA. A variety of data types were integrated: 3D & 2D tidal models, multibeam bathymetry & backscatter, seabed video, grab samples, cores and seismic reflection. This dissertation included the first regional sediment transport modelling study of the central Salish Sea. Lagrangian particle dispersal simulations were driven by 2D tidal hydrodynamics (~59-days). It was found that flood-tide dominance through narrow intra-archipelago connecting straits resulted in the transfer of sediment into the inland Strait of Georgia, an apparent sediment sink. The formative/maintenance processes at a variety of seabed landforms, including a banner bank with giant dunes, were explained with modelled tides and sediment transport. Deglacial history and modern lateral sedimentological and morphological transitions were also considered. Based on this modern environment, adjustments to the tidal strait facies model were identified. In addition, erosion and deposition patterns across the banner bank (dune complex) were monitored with 8-repeat multibeam sonar surveys (~10 years). With these data, spatially variable bathymetric change detection techniques were explored: A) a cell-by-cell probabilistic depth uncertainty-based threshold (t-test); and B) coherent clusters of change pixels identified with the local Moran's Ii spatial autocorrelation statistic. Uncertainty about volumetric change is a considerable challenge in seabed change research, compared to terrestrial studies. Consideration of volumetric change confidence intervals tempers interpretations and communicates metadata. Techniques A & B may both be used to restrict volumetric change calculations in area, to exclude low relative bathymetric change signal areas. / Graduate / 2018-12-07