Approximately 6.6 million years ago in the Eastern Equatorial Pacific a large increase in biogenic mass accumulation rates (MAR’s) occurred. This increased level of biogenic mass accumulation persisted until about 4.4 Ma at which time levels returned to those similar to before the transition at 6.6 Ma. The exact nature of the change that facilitated this transition in biogenic MAR’s, however, was not understood. Here we present the results of a study which characterizes the diatom assemblage spanning the depositional transition at 6.6 Ma from sediments taken from ODP Hole 850B. A close inspection of lithology reveals a clear change in lithology from a diatom nannofossil ooze to a nannofossil diatom ooze at 6.6 Ma. This transition is immediately followed by the occurrence of laminated diatom ooze (LDO). Diatom absolute abundance data reveals three levels of productivity associated with pre-transitional, post-transitional, and LDO formational sediments. An increase in the absolute abundance of Thalassionema nitzschioides was the major contributor to the formation of post-transitional, and LDO sediments. The known ecological preferences of this species indicate an overall increase in nutrient availability followed by sporadic changes in nutrient availability. These changes in nutrient availability could be associated with the establishment, or increase in strength, of an upwelling cell and/or the increase in nutrients made available via upwelling due to a shoaling of the thermocline.

Approximately 6.6 million years ago in the Eastern Equatorial Pacific a large increase in biogenic mass accumulation rates (MAR’s) occurred. This increased level of biogenic mass accumulation persisted until about 4.4 Ma at which time levels returned to those similar to before the transition at 6.6 Ma. The exact nature of the change that facilitated this transition in biogenic MAR’s, however, was not understood. Here we present the results of a study which characterizes the diatom assemblage spanning the depositional transition at 6.6 Ma from sediments taken from ODP Hole 850B. A close inspection of lithology reveals a clear change in lithology from a diatom nannofossil ooze to a nannofossil diatom ooze at 6.6 Ma. This transition is immediately followed by the occurrence of laminated diatom ooze (LDO). Diatom absolute abundance data reveals three levels of productivity associated with pre-transitional, post-transitional, and LDO formational sediments. An increase in the absolute abundance of Thalassionema nitzschioides was the major contributor to the formation of post-transitional, and LDO sediments. The known ecological preferences of this species indicate an overall increase in nutrient availability followed by sporadic changes in nutrient availability. These changes in nutrient availability could be associated with the establishment, or increase in strength, of an upwelling cell and/or the increase in nutrients made available via upwelling due to a shoaling of the thermocline.

Indiana University-Purdue University Indianapolis (IUPUI) / Paleoproductivity records during the late Pleistocene are sparse. The equatorial Pacific and the Southern Ocean are collectively responsible for the majority of the new production in the oceans. The nutrient and carbon mass balances of these regions must be constrained in order to fully understand net global biological productivity on glacial timescales. The geochemistry of two east-central equatorial Pacific Ocean cores (02° 33.48 N; 117° 55.06 W) and (00° 15.42 S; 113° 00.57 W) are used to examine changes in biological productivity due to nutrient upwelling on glacial timescales during the Pleistocene. The cores were recovered in March 2006 on the AMAT03 cruise, a site survey cruise for IODP Proposal 626. The total concentrations of Ca, Ti, Fe, Al, P, Ba, S, Mg, Sr, Zn and Mn were determined by a total sediment digestion followed by analysis by inductively coupled plasma-atomic emission spectrometry (ICP). Original solid forms of P for 34 evenly spaced samples throughout one core were determined using the P Sequential Extraction technique. This study is attempting to compare upwelling and productivity records by determining temporal records of nutrient proxies, using Latimer and Filippelli (2006) which focused on the Southern Ocean. Equatorial upwelling and Southern Ocean upwelling both appear to exhibit strong glacial timescale variability. The P geochemistry results indicate that the P signal is largely biological. The equatorial Pacific evidence, in accordance with Southern Ocean patterns, supports a nutrient budget-driven productivity signal over time. Gabriel M. Filippelli, Ph. D, Committee Chair

O objetivo do presente estudo foi estimar as possíveis variações na produtividade das águas superficiais da porção oeste do oceano Atlântico Sul ao longo dos últimos 15.000 anos, contribuindo para a melhor compreensão das variações oceanográficas ocorridas na região no decorrer deste tempo. Foram realizadas análises quantitativas de nanofósseis calcários em um testemunho da Bacia de Santos, a partir da técnica de decantação aleatória. Isótopos estáveis de carbono e oxigênio em rocha total e teor de carbonato de cálcio também foram utilizados para interpretações sobre paleoprodutividade. A produtividade primária das águas superficiais apresentou variações ao longo dos últimos 15.000 anos. Variações no aporte continental e na profundidade da termoclina/nutriclina devem ter influenciado as condições das águas superficiais da região, e conseqüentemente, a produtividade dos cocolitoforídeos. Estimou-se que a produtividade da camada fótica superior tenha diminuído desde o início do Holoceno. Anterior a este período, uma maior contribuição continental teria propiciado condições mais favoráveis ao desenvolvimento dos cocolitoforídeos que habitam as camadas mais superficiais do oceano. / The aim of this study consisted in estimate possible changes on southwestern Atlantic Ocean surface water productivity for the last 15.000 years, contributing to a better understanding of oceanographic changes that occurred along this time. Quantitative calcareous nannofossils analyses were carried out on a Santos Basin core using the random settling technique. Bulk carbon and oxygen stable isotopes and calcium carbonate content were also used for paleoproductivity interpretation. Primary productivity of surface waters presented variation along the last 15.000 years. Variations in continental contribution and thermocline/nutricline depth must have influenced the surface water conditions and therefore coccolithophorids productivity. Upper photic zone productivity was estimated and seems to have diminished since early Holocene. Prior to this time, a major continent contribution would have provided more favorable conditions for the development of the coccolithophorids that inhabit the upper layers of the ocean.

Submitted by Silvana Teresinha Dornelles Studzinski (sstudzinski) on 2015-07-08T15:00:37Z No. of bitstreams: 1 Carolina Jardim Leão.pdf: 5104578 bytes, checksum: 92c8f28d837460c289d345c065fa1b2f (MD5) / Made available in DSpace on 2015-07-08T15:00:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Carolina Jardim Leão.pdf: 5104578 bytes, checksum: 92c8f28d837460c289d345c065fa1b2f (MD5) Previous issue date: 2011 / Milton Valente / A distribuição das associações e abundância de espécies de foraminíferos bentônicos está condicionada a diversos fatores ecológicos, ligados intrinsecamente a aspectos físicos e químicos dos oceanos. A partir de 68 amostras provenientes de dois testemunhos do talude continental da Bacia de Santos (aproximadamente 2.000 metros de lâmina d’água), analisou-se a fauna de foraminíferos bentônicos, bem como os isótopos estáveis de carbono e oxigênio das carapaças. Por meio do estudo sistemático da fauna de foraminíferos bentônicos foram identificados 68.998 espécimes pertencentes a 123 espécies. A caracterização ecológica das espécies identificadas, somada à análise quantitativa de seus padrões de distribuição, possibilitou o registro de alterações no conjunto microfaunístico, atribuídas aos diferentes eventos climáticos. As maiores flutuações na abundância relativa ao longo dos testemunhos resultam dos padrões das três principais espécies: Pseudoparrella exigua, Alabaminella weddellensis e Cassidulina californica. P. exigua tem maior abundância nos estágios glaciais, caracterizando esses períodos como fortemente influenciados por aportes sazonais de fitodetritos, enquanto A. weddellensis domina nos estágios interglaciais, indicando uma deposição mais intensa e contínua de material orgânico. Já C. californica, que teve abundância expressiva tanto em glaciais como em interglaciais, responde a quantidades elevadas de carbono orgânico total nos sedimentos. Embora sejam indicadoras de alta produtividade, essas espécies não apresentaram uma ligação estreita com as águas ricas em nutrientes que dominam nos períodos glaciais. Porém, variações na abundância relativa sugerem períodos com distintas intensidades de fluxo de nutrientes e diferentes origens da matéria orgânica depositada no assoalho oceânico nos últimos 545 mil anos. / The distribution of assemblage and species abundance is conditioned to several ecological factors, related to physical and chemical oceanic aspects. Were analyzed 68 samples of two cores collected in continental slope of Santos Basin (~2,000 m water depth) in relation to the benthic foraminiferal fauna, as well as the stable isotopes of carbon and oxygen extracted in shells. Through the systematic study of the benthic foraminiferal fauna were identified 68,998 specimens belonging to 123 species. The ecological characterization of species, in addition to the quantitative analysis of the distribution patterns in the cores, allows the observation of changes in the abundance of certain species, attributed to different climatic events. The largest fluctuations in relative abundance along the cores result from the pattern of three main species: Pseudoparrella exigua, Alabaminella weddellensis e Cassidulina californica. Pseudoparrella exigua is more abundant during glacial stages, characterizing these periods as strongly influenced by seasonal phytodetritus input, while Alabaminella weddellensis dominates in the interglacial stages, indicating a more intense and continuous deposition of organic material. Cassidulina californica, that had significant abundance in both stages, responds to high amount of total organic carbon in sediments. Even being indicative of high productivity, these species did not show a close link with the nutrient-rich waters that dominate the glacial stages. However, variations in relative abundance suggest periods with different intensities of flow of nutrients and different sources of organic matter deposited on the ocean floor in the last 545 kyr.

O objetivo do presente estudo foi estimar as possíveis variações na produtividade das águas superficiais da porção oeste do oceano Atlântico Sul ao longo dos últimos 15.000 anos, contribuindo para a melhor compreensão das variações oceanográficas ocorridas na região no decorrer deste tempo. Foram realizadas análises quantitativas de nanofósseis calcários em um testemunho da Bacia de Santos, a partir da técnica de decantação aleatória. Isótopos estáveis de carbono e oxigênio em rocha total e teor de carbonato de cálcio também foram utilizados para interpretações sobre paleoprodutividade. A produtividade primária das águas superficiais apresentou variações ao longo dos últimos 15.000 anos. Variações no aporte continental e na profundidade da termoclina/nutriclina devem ter influenciado as condições das águas superficiais da região, e conseqüentemente, a produtividade dos cocolitoforídeos. Estimou-se que a produtividade da camada fótica superior tenha diminuído desde o início do Holoceno. Anterior a este período, uma maior contribuição continental teria propiciado condições mais favoráveis ao desenvolvimento dos cocolitoforídeos que habitam as camadas mais superficiais do oceano. / The aim of this study consisted in estimate possible changes on southwestern Atlantic Ocean surface water productivity for the last 15.000 years, contributing to a better understanding of oceanographic changes that occurred along this time. Quantitative calcareous nannofossils analyses were carried out on a Santos Basin core using the random settling technique. Bulk carbon and oxygen stable isotopes and calcium carbonate content were also used for paleoproductivity interpretation. Primary productivity of surface waters presented variation along the last 15.000 years. Variations in continental contribution and thermocline/nutricline depth must have influenced the surface water conditions and therefore coccolithophorids productivity. Upper photic zone productivity was estimated and seems to have diminished since early Holocene. Prior to this time, a major continent contribution would have provided more favorable conditions for the development of the coccolithophorids that inhabit the upper layers of the ocean.

Análises sedimentológicas, geoquímicas e microfaunísticas realizadas em um testemunho coletado na plataforma interna de Cabo Frio, permitiram a compreensão das variações de produtividade nos últimos 9.300 anos. Quatro fases foram reconhecidas, influenciadas por flutuações do nível relativo do mar e mudanças climáticas que ocorreram na margem continental sudeste Brasileira, durante o Holoceno. Antes de 7,0 kanos cal A.P., os dados apontam para baixa produtividade, sob condições de nível relativo do mar mais baixo e clima úmido. Entre 7,0 e 5,8 kanos cal A.P., há aumento na produtividade oceânica, num cenário de nível do mar em ascensão e condições climáticas mais úmidas. Produtividade similar à fase anterior marca o período de 5,8 a 2,8 kanos cal A.P., em condições de descida do nível do mar e clima mais seco. De 2,8 kanos cal A.P. até o presente, aumento na produtividade oceânica e condições hidrodinâmicas intensas, associados ao estabelecimento do processo de ressurgência em Cabo Frio, quando condições climáticas atuais são estabelecidas. A partir de 2,5 kanos cal A.P., observa-se intensificação do processo de ressurgência, controlada pela ação conjunta de ventos de NE mais intensos (associados a eventos El-niño e/ou a posição da Zona de Convergência Intertropical - ZCIT), meandramento da Corrente do Brasil - CB - e configuração atual da linha de costa. / Sedimentological, geochemical and benthic foraminifera analyses carried out on a core sampled from the inner shelf of Cabo Frio, enabled us to identify different four productivity regimes related to sea-level fluctuations and/or climatic changes, that occurred in the southeastern Brazilian continental margin, during the last 9.3 kyr cal BP. Prior to 7.0 kyr cal BP, a lower productivity and less intense hydrodynamic regime occurred at lower sea levels and under drier climatic conditions. Between 7.0 and 5.8 kyr cal BP, relatively stronger local oceanic circulation and relatively high productivity were observed, in a scenario of rising sea levels and more humid conditions. From 5.8 to 2.8 kyr cal BP, bottom currents weakened and input of nutrients increased, with productivity levels similar to the previous phase at lower sea level and in a drier climate. From 2.8 kyr cal BP up to the present, stronger hydrodynamic conditions and a higher productivity regime linked to the establishment of the upwelling process in Cabo Frio. From 2.5 kyr cal BP to the present, upwelling enhancement has been recognized, resulting from the combined action of NE winds (related to El- Niño events and/or the Intertropical Convergence Zone - ITCZ - position), the meandering pattern of the Brazilian Current - BC - and present day coastline configuration.

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.

Análises sedimentológicas, geoquímicas e microfaunísticas realizadas em um testemunho coletado na plataforma interna de Cabo Frio, permitiram a compreensão das variações de produtividade nos últimos 9.300 anos. Quatro fases foram reconhecidas, influenciadas por flutuações do nível relativo do mar e mudanças climáticas que ocorreram na margem continental sudeste Brasileira, durante o Holoceno. Antes de 7,0 kanos cal A.P., os dados apontam para baixa produtividade, sob condições de nível relativo do mar mais baixo e clima úmido. Entre 7,0 e 5,8 kanos cal A.P., há aumento na produtividade oceânica, num cenário de nível do mar em ascensão e condições climáticas mais úmidas. Produtividade similar à fase anterior marca o período de 5,8 a 2,8 kanos cal A.P., em condições de descida do nível do mar e clima mais seco. De 2,8 kanos cal A.P. até o presente, aumento na produtividade oceânica e condições hidrodinâmicas intensas, associados ao estabelecimento do processo de ressurgência em Cabo Frio, quando condições climáticas atuais são estabelecidas. A partir de 2,5 kanos cal A.P., observa-se intensificação do processo de ressurgência, controlada pela ação conjunta de ventos de NE mais intensos (associados a eventos El-niño e/ou a posição da Zona de Convergência Intertropical - ZCIT), meandramento da Corrente do Brasil - CB - e configuração atual da linha de costa. / Sedimentological, geochemical and benthic foraminifera analyses carried out on a core sampled from the inner shelf of Cabo Frio, enabled us to identify different four productivity regimes related to sea-level fluctuations and/or climatic changes, that occurred in the southeastern Brazilian continental margin, during the last 9.3 kyr cal BP. Prior to 7.0 kyr cal BP, a lower productivity and less intense hydrodynamic regime occurred at lower sea levels and under drier climatic conditions. Between 7.0 and 5.8 kyr cal BP, relatively stronger local oceanic circulation and relatively high productivity were observed, in a scenario of rising sea levels and more humid conditions. From 5.8 to 2.8 kyr cal BP, bottom currents weakened and input of nutrients increased, with productivity levels similar to the previous phase at lower sea level and in a drier climate. From 2.8 kyr cal BP up to the present, stronger hydrodynamic conditions and a higher productivity regime linked to the establishment of the upwelling process in Cabo Frio. From 2.5 kyr cal BP to the present, upwelling enhancement has been recognized, resulting from the combined action of NE winds (related to El- Niño events and/or the Intertropical Convergence Zone - ITCZ - position), the meandering pattern of the Brazilian Current - BC - and present day coastline configuration.

Neste trabalho, a partir de um testemunho coletado na Bacia de Santos, foi realizada a análise quantitativa de espécies de cocolitoforídeos com o intuito de estimar a variação da paleoprodutividade primaria superficial marinha e relacioná-la com a variação elementos maiores (Ti, Fe, Ca, Al e K) para os últimos 35 mil anos. A paleoprodutividade apresentou relação com elementos maiores em períodos de nível do mar baixo com altas e baixas pluviosidade e pareceu não apresentar relação a partir da última transgressão marinha. Adicionalmente buscou-se identificar as associações de cocolitoforídeos para os estágios isotópicos marinhos 1, 2 e 3. Foram observadas duas associações de espécies: uma com maiores abundâncias relativas durante o Glacial e outra no Interglacial. Por último procurou-se relacionar as variações das espécies de cocolitoforídeos aos eventos climáticos Younger Dryas e Heinrich 1, 2 e 3, porém os táxons não apresentaram padrão de variação em suas abundâncias durante estes eventos. / In this work, a quantitative analysis of cocolithophores species was carried out from a piston core collected in the Santos Basin in order to estimate primary paleoproductivity variation at the sea surface and to relate it with the fluctuation of major elements (Ti, Fe, Ca, Al and K) in the interval for the last 35 thousand years and the present. The paleoproductivity was related to major elements in periods of low sea level with high and low rainfall and did not present a relation since the last marine transgression. It was also sought to identify associations of cocolithophores for the marine isotopes stages 1, 2 and 3. Two most abundant species associations were observed: one during the Glacial and another one in the Interglacial. Finally, we sought to relate the cocolithophores species with the climatic events of Younger Dryas and Heinrich 1, 2 and 3, however, the species showed no pattern of variation in their abundance during these events.